对于具有Fe-Nx位点的铁基SACs,结构稳定性是维持其可逆氧催化活性的核心要素。在氧电催化反应的可逆循环过程中,铁位点需保持动态稳定的配位构型和化学状态,以避免因氧化、团聚或脱附导致活性位点不可逆失活。事实上,在电催化过程中,催化剂结构已不再是制备阶段获得的形态,而是在电位和电解质作用下的重构态。但鲜有研究分析重构后Fe位点的配位结构与化学状态,阐述Fe位点在氧电催化中的结构演变与反应机理。

针对上述问题,管景奇教授团队利用Fe-SAC的蚀刻、Mo离子吸附与高温活化的联合策略,成功实现了可控合成的FeMo/NC催化剂。多项物理表征揭示了FeMo/NC呈现双原子位点结构,具有FeMoN7构型,其中Fe和Mo原子通过一个N原子形成桥连结构。FeMo/NC展现出优异的氧催化活性与稳定性,且在可充放电锌空气电池和柔性锌空气电池中均表现出优异性能,具有未来应用潜力。原位X射线吸收光谱与拉曼实验揭示,Fe与Mo原子耦合形成*Fe-O-O-Mo*中间体,参与氧物种转化过程,在动力学上更有利于ORR/OER。密度泛函理论计算证实,由于Fe与Mo原子协同催化作用,双原子Fe-Mo位点相较于单原子Fe/Mo位点具有更低的ORR/OER能量障碍。因此,本研究通过原位实验与理论计算为Fe-Mo双原子催化剂在氧电催化中的结构演变与反应机理提供了独特的阐释。

该研究成果以“Engineering O-O formation on dual-atom Fe-Mo catalysts for oxygen electrocatalysis”为题,发表在ChemicalScience上(Chem. Sci.,2025,DOI:10.1039/D5SC07373A)。炸金花在线-炸金花在线玩 博士研究生祁落落为第一作者,吉林大学管景奇教授为通讯作者。

图1. FeMo/NC用于氧电催化。

图2.FeMo/NC的密度泛函理论计算。

论文链接://doi.org/10.1039/D5SC07373A