氧還原反應(yīng)(ORR)在許多可再生能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存系統(tǒng)中是一個(gè)重要的反應(yīng)，如金屬-空氣電池和燃料電池。高效ORR電催化劑的開發(fā)是金屬-空氣電池和燃料電池面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，因?yàn)樗婕岸嚯娮?-質(zhì)子轉(zhuǎn)移，是一個(gè)動(dòng)力學(xué)緩慢的過程。然而，作為ORR催化劑的Pt基材料存在成本高、儲(chǔ)備有限的限制，嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)應(yīng)用。因此，構(gòu)建高效、耐久性高的非貴金屬基ORR電催化劑對(duì)于金屬-空氣電池和燃料電池的發(fā)展具有重要意義。

近日，湖南大學(xué)韓磊、王雙印和中科院上海高等研究院李麗娜等通過結(jié)合后吸附和二次熱解，構(gòu)建了具有原子分散的Mn-N₄位點(diǎn)和FeMn原子團(tuán)簇的Mn基SACs。

具體而言，研究人員首先采用Mn摻雜鎘對(duì)苯二胺配合物(CdMn-PPD)的低溫?zé)峤夥ㄖ苽淞隋^定在富缺陷氮摻雜碳(Mn-DNC)上的分離Mn原子。隨后，通過對(duì)Fe³⁺離子的物理吸附和二次熱解，制備了原子分散的Mn-N₄位點(diǎn)與FeMn原子團(tuán)簇(FeMnac/MnN₄C)。

此外，X射線吸收近邊光譜和擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜證實(shí)了Mn-N₄配位位點(diǎn)在FeMn原子團(tuán)簇中的形成。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于FeMn原子團(tuán)簇的存在有效地改變了Mn-N₄位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)，其最優(yōu)結(jié)構(gòu)更有利于O₂的吸附并破壞O-O鍵，促進(jìn)了ORR的動(dòng)力學(xué)。

得益于Mn位點(diǎn)和FeMn原子團(tuán)簇的相互作用，最佳的FeMn_ac/Mn-N₄C催化劑顯示出優(yōu)異的ORR活性，其在0.5 M H₂SO₄和0.1 M KOH的半波電位(E_1/2)分別為0.79 V_RHE和0.90 V_RHE。

綜上，該項(xiàng)工作為同時(shí)優(yōu)化配位數(shù)和電子結(jié)構(gòu)以提高催化劑的本征活性提供了新的策略。

Decorating Single-Atomic Mn Sites with FeMn Clusters to Boost Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202214988