Penghambat Atomisasi Termal Memungkinkan Sintesis Katalis Atom Fe Tunggal yang Diligasikan dengan Gugus Fe2N untuk Reaksi Reduksi Oksigen yang Sangat Efisien

Abstrak
Menjangkarkan ligan, seperti gugus fungsi atau kluster, pada pusat logam aktif merupakan strategi efektif untuk mengatur struktur elektronik katalis atom tunggal (SAC). Di sini, kami menyajikan strategi pengelompokan yang diinduksi nitridasi untuk menghasilkan tidak hanya SAC Fe-N4 dalam nanorod karbon terdoping N, tetapi juga kluster Fe2N sebagai ligan yang dijangkarkan pada situs Fe aktif (Fe2Nnc/Fe1-NC). Tidak seperti proses atomisasi besi konvensional, proses nitridasi reaktif dapat menghasilkan zat antara Fe2N yang stabil secara termodinamika dengan melakukan nitridasi pada oksida besi yang terbentuk pada awalnya, sehingga menghambat atomisasi termal berikutnya untuk membuat katalis Fe2Nnc/Fe1-NC. Dibandingkan dengan SAC Fe1-NC konvensional dengan situs aktif Fe-N4, nanorod Fe2Nnc/Fe1-NC lebih aktif untuk reaksi reduksi oksigen (ORR), menghasilkan potensi setengah gelombang tertinggi sebesar 0,957 V vs. RHE dalam kondisi alkali. Nanorod Fe2Nnc/Fe1-NC dapat digunakan sebagai katalis udara-katode untuk baterai Zn-udara dengan celah pengisian-pengosongan hanya ~0,658 V dan kemampuan siklus yang luar biasa hingga 1000 jam. Perhitungan teoritis menunjukkan bahwa ligan Fe2Nnc benar-benar memodifikasi struktur elektronik situs Fe-N4, yang menghasilkan energi adsorpsi yang lebih rendah untuk zat antara ORR OH* dan memfasilitasi desorpsi OH* dan dengan demikian aktivitas yang lebih tinggi untuk ORR