孙世刚、姜艳霞课题组：新型高效酸性氧还原M/MN4复合活性位的构建

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我院孙世刚院士和姜艳霞教授课题组在非贵金属酸性介质氧还原电催化剂研究中取得新进展，相关研究成果以“Construction of Highly Active Metal-Containing Nanoparticles & FeCo-N4 Composite Sites for Acid Oxygen Reduction Reaction”为题在线发表于《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI:10.1002/anie.202010013)。
       通常认为，金属/氮/碳（M/N/C）催化剂中含有金属纳米粒子（M-NPs）不利于催化酸性介质的氧还原反应（ORR），但在碱性介质中，M-NPs能协同增强ORR活性。这是由于酸性介质中M-NPs稳定性差，不能形成M-NPs与FeN4或CoN4复合的活性中心。

       孙世刚院士和姜艳霞教授课题组通过调控Zn-ZIF和Fe或Co盐前驱体，在M/N/C非贵金属ORR催化剂中形成金属（Fe或Co）纳米粒子（M-NPs）和FeN4或CoN4单原子协同作用的活性位点，显著提高了酸性介质中ORR的活性和稳定性，并进一步揭示催化剂的作用机制，提出了酸性介质中的反应机理。该工作运用STEM、EDS和HAADF-STEM，直接观察到均匀分散的M-NPs、Fe或Co单原子，以及它们共存的区域，证明了M/MN4复合活性位点的成功构建。实验和DFT计算结果均表明，M/FeCo-SAs-N-C优异的ORR性能源于M-NP与FeN4或CoN4之间的强协同相互作用，从而活化吸附态O2的O-O键，使O2从端吸附方式变为侧边吸附方式。这一吸附方式将O-O键拉长至1.422 Å，使氧气解离能降低至0.64 eV，从而使得直接四电子途径可以在Fe4/FeN4复合活性位上发生，有效抑制了过氧化氢活性氧物种的生成，提高了催化剂的稳定性。
        该工作实验部分由我院2017级硕士毕业生殷述虎完成，计算部分由2011协同创新中心访问学者杨健博士完成。研究工作得到国家重点研发计划项目（项目编号：2017YFA0206500）、国家自然科学基金（项目编号：21773198、U1705253）等资助。
       论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202010013


       文章来源：厦门大学
       孙世刚，厦门大学教授，1982年初毕业于厦门大学化学系（77级），1986年9月年获巴黎居里大学授予法国国家博士学位。在法国科研中心界面电化学研究所做一年博士后，1987年底回国工作。现为厦门大学化学系教授、固体表面物理化学国家重点实验室研究员，博士生导师。长期从事电催化、谱学电化学和能源电化学等方面的研究。主持完成1995年度国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、和国家“973”计划课题等重要科研项目。目前担任国家自然科学基金委“界面电化学”创新研究群体学术带头人、主持国家重大科研仪器设备研制专项“基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置”。
       姜艳霞，女，汉族，1964年5月20日生，吉林省长春市人。1999年夏毕业于吉林大学化学系，获理学博士学位。现任厦门大学化学化工学院教授，博士生导师，电化学科学与工程研究所副所长。主要从事纳米尺度电催化材料的制备、表征、特殊红外光学性能及电催化应用研究。2000年7月至12月在日本北海道大学触媒化学研究中心做COE访问研究员，从事电化学原位红外光谱研究；2010年7月至12月在加拿大圭尔夫大学做访问教授，从事电化学偏振红外光谱研究。自1987年大学本科毕业以来，主要在电分析化学、表面电化学、电催化、谱学电化学（原位红外光谱研究）和纳米电化学等方面开展教学和科研工作，侧重固/液界面环境中电化学原位红外光谱的研究。