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东北大学冶金学院李犁教授团队在国际顶级期刊JACS上发表电催化材料研究进展

作者: 牛萍 编辑: 迟美琪 杨明 来源:冶金学院 更新日期: 2024-03-26

近日,东北大学冶金学院李犁教授团队在双功能催化剂材料研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Superstructure Assisted Single-Atom Catalysis on Tungsten Carbides for Bifunctional Oxygen Reactions”为题发表于国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society (JACS)。东北大学冶金学院为第一完成单位,冶金学院博士研究生李宏观为第一作者,李犁教授为通讯作者。

该团队提出了一种超晶格和单原子同时分散在碳化钨衬底上的催化剂,并且通过iDPC技术在WxC边缘观察到Co超晶格的形成。通过Co超晶格对WxC的压缩应力作用,优化Co单原子位点的d带,促进了中间体的脱附,降低了ORR/OER的过电位,加速了反应动力学。

单原子催化剂以其金属利用率高、活性位点最大化的特点,被认为是开发高性能双功能电催化剂的重要途径。可调的电子结构为高效电催化剂的设计提供了理想的平台。目前,大多数报道的双功能SAC是基于M-N-C结构,原子金属(M)分散在氮掺杂碳(N-C)衬底上。然而,N与金属之间的相互作用极有可能形成聚集体,这极大地限制了金属原子的负载,从而减少了ORR/OER的有效活性位点的数量。对碳化钨衬底的探索是基于其优异的耐化学腐蚀性、高导电性、类铂电子性能以及没有强杂原子配位的活性中心等优点,这些是设计高效耐用的双功能电催化剂的先决条件。分散的Co单原子和边缘界面的Co超晶格的存在结合了原子催化和超结构催化的优点,最大限度地提高了金属的利用率,提高了表面催化活性。这项工作提供了对原子催化剂的新见解,为设计用于电催化和储能系统的先进材料开辟新的道路。东北大学分析测试中心为数据采集和表征工作提供了重要支撑。

图1 电催化器件性能示意图

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c14354

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