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XAFS技术在单原子电催化中的应用
汪思聪, 庞贝贝, 刘潇康, 丁韬, 姚涛
高等学校化学学报    2022, 43 (9): 20220487-.   DOI:10.7503/cjcu20220487
摘要   (1986 HTML66 PDF(pc) (16209KB)(635)  

X射线吸收精细谱学(XAFS)技术是从20世纪80年代开始逐渐发展起来的一种材料表征技术, 具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感的特征, 非常适合表征单原子催化剂. 本文从XAFS技术的原理和特点出发, 深入探讨了该技术在电催化水分解、 燃料电池阴极反应和二氧化碳电化学还原等多个单原子催化应用场景下的独特作用, 并展望了XAFS技术在单原子电催化领域的未来发展与应用前景, 以期为更深入明确的单原子催化剂结构表征和电催化机理描述提供指导.



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Fig.11 Illustration of (Fe,Co)/NC catalyst[49]
(A) Fe L-edge XANES spectra of (Fe,Co)/N-C and FePc; (B) experimental 57Fe M?ssbauer transmission spectra measured at 298 K for (Fe,Co)/N-C, and fittings with spectral components; (C) N K-edge XAS spectra of Fe SAs/N-C, Co SAs/N-C, and (Fe,Co)/N-C; (D) comparison between K-edge XANES experimental spectrum of (Fe,Co)/N-C(black dashed line) and theoretical spectrum calculated with depicted structure(solid red line); (E) corresponding Fe K-edge EXAFS fittings of (Fe,Co)/N-C; (F) proposed architectures of Fe-Co dual sites; (G) preparation of (Fe,Co)/N-C.
Copyright 2017, American Chemical Society.
正文中引用本图/表的段落
近年来, 双金属位点的ORR单原子催化剂同样得到了广泛的关注. Wang等[49]创新性地发展了一种“主-客”合成策略, 利用Zn1Co1-BMOF中的Co吸附浸渍液中的Fe, 再通过高温条件除去Zn, 制备了具有Fe-Co双金属位点的特殊单原子催化剂[图11(G)]. 该催化剂表现出优异的ORR活性(酸性条件下半波电位0.858 V)和工况稳定性(电流密度1000 mA/cm2条件下稳定工作100 h无明显失活). 结合软线XAS测试[图11(A)和(C)]、 穆斯堡尔谱[图11(B)]、 EXAFS拟合[图11(E)]和近边计算[图11(D)], 他们成功区分了Fe-N与Fe-O, Fe-Fe与Fe-Co, Co-N与Co-O等单纯EXAFS拟合难以区分的配位结构, 并以拟合结果为出发点构建了Fe-Co双原子位点的空间构型[图11(F)], 此外, 他们还结合DFT理论计算对该双原子位点的作用机理进行了深入阐释.
(A) Cartoon illustrating the synthetic approach for the Fe-NC catalyst with a high Fe loading; (B, C) Fe K-edge EXAFS analysis of Fe-NCU(B) and Fe-NC?-DCDA(C); (D, E) 57Fe cryo M?ssbauer spectra measured at 5?K of Fe-NCU(D) and Fe-NCΔ-DCDA(E). ...
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... 近年来, 双金属位点的ORR单原子催化剂同样得到了广泛的关注. Wang等[49]创新性地发展了一种“主-客”合成策略, 利用Zn1Co1-BMOF中的Co吸附浸渍液中的Fe, 再通过高温条件除去Zn, 制备了具有Fe-Co双金属位点的特殊单原子催化剂[图11(G)]. 该催化剂表现出优异的ORR活性(酸性条件下半波电位0.858 V)和工况稳定性(电流密度1000 mA/cm2条件下稳定工作100 h无明显失活). 结合软线XAS测试[图11(A)和(C)]、 穆斯堡尔谱[图11(B)]、 EXAFS拟合[图11(E)]和近边计算[图11(D)], 他们成功区分了Fe-N与Fe-O, Fe-Fe与Fe-Co, Co-N与Co-O等单纯EXAFS拟合难以区分的配位结构, 并以拟合结果为出发点构建了Fe-Co双原子位点的空间构型[图11(F)], 此外, 他们还结合DFT理论计算对该双原子位点的作用机理进行了深入阐释. ...

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