南昌大学陈义旺/袁凯团队AM:仿生晶场调控解锁单原子催化剂自旋态实现高效氧还原

Fig. 1 | 左）CcO的反应机理，涉及电子转移与协同金属中心；（右）晶体场调控的仿生策略.

Fig. 2 | （a）MPNC-FeCo-x合成过程的示意图。（b）MPNC-FeCo-4的SEM图像、（c）TEM图像及（d）对应的EDS元素面扫分布图。（e）MPNC-FeCo-4的AC-HAADF-STEM图像。（f）图2e中S1区域的彩色栅格图及（g）对应的强度剖面图。（h）MPNC-FeCo-4的孔径分布曲线。

Fig. 3 | （a）MPNC-FeCo-x中Fe 2p和Co 2p XPS谱图的结合能变化。MPNC-FeCo-4及参比样品的（b）Fe K边和（c）Co K边的k2加权FT-EXAFS谱图。（d）MPNC-FeCo-4和MPNC-Fe的平均Fe d带电子数的拟合结果。MPNC-FeCo-4（e）和MPNC-Fe（f）的Fe K边WT-EXAFS等高线图.

Fig. 4 | （a）ORR极化曲线，（b）相应的Tafel斜率，以及（c）MPNC-FeCo-x的E1/2和0.9 V处jk的比较。（d）MPNC-FeCo-4及参比样品的ECSA和（e）ECSA归一化jk。（f）由MPNC-FeCo-4、MPNC-FeCo-1、MPNC-FeCo-5（0.9 V）及文献中先进SACs的SDmass和TOF绘制的反应性图谱。（g）接触后电极与电解质界面处价带（VB）和导带（CB）的能带示意图。（h）MPNC-FeCo-1、MPNC-FeCo-4和MPNC-FeCo-5的ND和Vfb.

Fig. 5 | a）MPNC-FeCo-1、MPNC-FeCo-4和MPNC-FeCo-5的磁化率。（b）有效磁矩与d轨道未成对电子数。L.S.代表低自旋，M.S.代表中间自旋，H.S.代表高自旋。（c）MPNC-FeCo-1、MPNC-FeCo-4和MPNC-FeCo-5的低温（T=100 K下记录）EPR谱图。（d）MPNC-FeCo-1和MPNC-FeCo-4的轨道相互作用示意图。（e）MPNC-FeCo-4、（f）MPNC-Fe和（g）MPNC-Co的原位三维ATR-SEIRAS谱图.

Fig. 6 | （a）用于解卷积和定量三相界面动力学的逐级方法示意图。（b）MPNC-FeCo-1和MPNC-FeCo-4的传质扩散电阻和电荷转移电阻。（c）基于MPNC-FeCo-1和MPNC-FeCo-4的液态ZAB在不同电流密度下的DRT谱图。（d）空气阴极的等效电路模型。（e）Rd和δ的示意图。（f）由不同电流密度下MPNC-FeCo-1和MPNC-FeCo-4的Nyquist图推导出的扩散层厚度和Nernst扩散阻抗.

研究结论

综上所述，传统微孔碳材料中，反应物分子往往受限于狭窄的孔道而难以快速抵达活性位点。MPNC-FeCo-4催化剂中介孔（4-10 nm）与微孔的协同分级结构，不仅提供了高达819.9 m2 g-1的比表面积，更关键的是为O2分子的扩散和电解液的浸润提供了快速通道。电化学阻抗谱（EIS）与弛豫时间分布（DRT）联合分析定量揭示：分级孔道显著降低了扩散层厚度（δ）和扩散阻抗（Rd），使得传质过程不再成为反应速率的限制步骤。

论文信息

Cite this article：

Crystal Field Engineering of Bioinspired Dual-Metal Single-Atom Catalysts Via Spin-State Modulation for Efficient Oxygen Electroreduction

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73739

DualCarbonViews

作者简介

陈义旺教授简介：南昌大学和江西师范大学教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，入选国家“万人计划”科技创新领军人才，国家百千万人才工程，德国洪堡奖学金获得者，享受国务院特殊津贴，俄罗斯自然科学院外籍院士。2019年起历任江西师范大学副校长，副书记，2022年任赣南师范大学校长、党委书记，南昌大学高分子及能源化学研究院院长，江西师范大学氟硅能源材料与化学教育部重点实验室主任，江西省化学化工学会理事长，中国化学会会士，教育部科技委委员，《Chinese J. Polym. Sci.》《Science China Materials》《eScience》《Fundamental Research》等编委。主持和完成国家自然科学基金重点项目/中德国际合作项目等、科技部973前期研究专项等项目。以第一作者或通讯作者在Science; Nat. Energy; Nat. Synth.; Nat. Commun.; J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.; Adv. Mater.等国际期刊发表学术论文400余篇；获授权发明专利49项；撰写中英文专著2部，教材2部。作为第一完成人获江西省自然科学一等奖、教育部自然科学二等奖、获日内瓦国际发明展金奖、中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖、中国产学研合作创新奖、江西省教学成果一等奖1项和二等奖3项、中国侨界贡献奖、获全国宝钢优秀教师奖。

袁凯教授简介：南昌大学教授，博士生导师，国家级青年人才，南昌大学和德国伍珀塔尔大学双博士学位，主要从事储能新材料技术与器件集成方面的研究。以第一或通讯作者在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., CCS Chem.等国内外知名期刊发表学术论文80余篇，一篇论文入选2020年度中国百篇最具影响国际学术论文；主编教材一部，撰写英文书籍一章；担任eScience, SusMat, SmartMat, CarbonEnergy和Energy Mater.期刊青年编委。主持国家自然科学基金面上项目等5项、江西省杰出青年科学基金，获博士后创新人才支持计划、江西省“人才计划”、青年井冈学者奖励计划和科技创新杰出青年人才支持计划。获教育部自然科学二等奖、省级教学成果二等奖。