不对称FeN3S单原子位点的合理设计：用于轨道工程，以实现质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中高效的可逆氧化还原反应（ORR）

《Small》：Rational Design of Asymmetric FeN3S Single-Atom Sites for eg Orbital Engineering Toward Efficient ORR in PEMFCs

铁氮共掺杂FeNC催化剂中对称Fe-N?活性位点导致氧中间体强吸附，抑制其电催化活性优化。本研究通过构建Fe-N?SC不对称结构，缓解电子局域化效应，降低Fe-3d轨道分裂能，减少氧中间体吸附能垒，从而提升氧还原活性，为单原子催化剂设计提供新策略。

　　

摘要

铁和氮共掺杂的FeNC催化剂，其中对称的Fe-N₄结构作为活性位点，是替代贵金属催化剂用于质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的最有前景的选择。然而，Fe–N₄位点的对称结构使得氧中间体的结合能较强，这阻碍了活性中心的优化。在这项工作中，研究人员构建了一种非对称结构（Fe-N₃SC），以缓解Fe-N₄的d–π共轭作用导致的电子局域化现象。这种非对称结构能够有效降低Fe-3d轨道的分裂能，从而减少电子填充e_g轨道的能量障碍。e_g轨道中电子占据率的增加降低了含氧中间体在活性位点上的键合强度和吸附能力，进而提高了氧还原（ORR）活性。本研究的结果表明，非对称结构在调控单原子催化剂的电子转移和自旋特性方面具有潜在的应用价值。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。