单原子催化剂上pH依赖的氧还原性能解析：从单一-Sabatier最优到双重Sabatier最优
摘要：M-N-C单原子催化剂在氧还原反应中作为一种潜在替代昂贵铂族催化剂的候选。然而，关于M-N-C单原子催化剂在氧还原反应中的几个关键方面，包括它们的pH依赖性活性，对2电子或4电子转移途径的选择性以及速率决定步骤的确定还知之甚少。在本文中，通过分析100多个M-N-C结构和2000多组能量数据，我们首次揭示了pH依赖性进化在氧还原反应活性火山图中的变化，从碱性介质的单峰到酸性介质的双峰。我们发现，M-N-C催化剂中的这种pH依赖性行为基本上是由于其适度的偶极矩和对O*和HOO*吸附剂的极化性，以及氧还原反应吸附剂之间的唯一缩放关系。为了验证我们的理论发现，我们合成了一系列分子M-N-C催化剂，每个催化剂都具有明确定义的原子配位环境。令人印象深刻的是，实验与我们在酸性和碱性环境中的理论预测相吻合，包括在动力学电流、Tafel斜率和转化频率方面。这些新的发现也完善了著名的Sabatier原理，强调在设计M-N-C催化剂用于氧还原反应或任何其他pH依赖的电化学应用时需要避免“酸陷阱”。
作者：Di Zhang, Zhuyu Wang, Fangzhou Liu, Peiyun Yi, Linfa Peng, Yuan Chen, Li Wei, Hao Li
论文ID：2308.11182
分类：Chemical Physics
分类简称：physics.chem-ph
提交时间：2023-08-23