Dat blijkt uit een studie gepubliceerd in het tijdschrift Science China Chemistry ontwerpen en onderzoeken de auteurs systematisch het locatie-afstandseffect van Fe-Rh-atoomkatalysatoren (Fe-Rh_x @NC) ondersteund door N-gedoteerd grafeen voor ORR door een geïntegreerde theoretische en experimentele aanpak.

Door gebruik te maken van elektrostatische potentiaal (ESP) en Bader-ladingsanalyse voorspellen theoretische berekeningen dat het locatie-afstandseffect de katalytische, elektronische structuur van verschillende Fe-Rh atomaire locatie-afstanden (d_Fe-Rh) verandert. ), waardoor de adsorptiesterkte van de katalysator wordt geoptimaliseerd.

Daarom ontwierpen de auteurs, gemotiveerd door deze theoretische berekeningen, de Fe-Rh_x @NC katalysatoren via een ruimtelijke opsluitingsstrategie en synthetiseerde de Fe-Rh_x @NC-katalysatoren met verschillende d_Fe-Rh .

TEM (HAADF-STEM)-beelden met hoge hoek toroïdale donkerveldscanning demonstreren verder de succesvolle synthese van katalysatoren op verschillende Fe-Rh-atoomafstanden. Röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) en röntgenabsorptiespectroscopie (XAS) hebben het effect van de locatieafstand op de sterkte van de interactie tussen Fe en Rh aangetoond.

De Fe-Rh₂ @NC heeft de optimale atoomafstand om het meest positieve beginpotentieel te bieden (E_onset ) en een halvegolfpotentiaal (E_1/2 ) van 1,01 en 0,91 V versus RHE in vergelijking met Fe-Rh₁ @NC (0,96 en 0,88 V) en Fe@NC (0,96 en 0,87 V), zelfs hoger dan commerciële Pt/C (0,98 en 0,86 V).

Berekeningen uit de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) laten zien dat Fe-Rh₂ @NC kan communiceren met O₂ matig, met geschikte adsorptie-energie, bevorderlijk voor het bevorderen van het kinetische proces van ORR. Vergeleken met Fe@NC, de Fe-Rh₂ @NC-katalysator heeft een hogere verwachte toestandsdichtheid nabij het Fermi-niveau, wat aangeeft dat de Fe-Rh₂ @NC bimetaalkatalysator heeft een sterker elektronenoverdrachtsvermogen en hogere katalytische prestaties.

Associate Researcher Ding Tao en professor Yao Tao, Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China leidden deze studie. De experimenten werden uitgevoerd door middel van dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen en synchrotronstralingskarakteriseringstechnieken.

Meer informatie: Tong Liu et al, Regulering van de atomaire Fe-Rh-plaatsafstand voor een efficiënte zuurstofreductiereactie, Science China Chemistry (2024). DOI:10.1007/s11426-023-1889-6

Aangeboden door Science China Press