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Wide-Potential-Range CO2 Electroreduction Enabled by High-Spin State Stabilization
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DOI：10.1021/acscatal.5c08089.png)
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摘要
En 中文
电化学催化CO2还原的一个关键挑战是设计能够在宽电位窗口内保持高活性的催化剂，这是实际应用中操作电位固有变化的先决条件。传统Fe-N-C单原子催化剂在电位波动下性能严重衰减，其原子层面的起源尚不明确。本文揭示，这一限制源于FeN4位点处电位驱动的自旋高自旋（HS）到中间自旋（IS）的转化，该转化削弱了*COOH吸附并提高了CO2活化的热力学能垒。为解决此问题，我们提出了一种配位工程策略，通过有针对性地掺杂电负性O/B或进行吡咯氮配位，有效在宽电位范围内稳定HS态，从而抑制有害的自旋交叉。该稳定化的HS构型增强了*COOH吸附并降低了速率决定步骤的反应自由能，在整个电位窗口内实现了高且持续的CO2-to-CO转化活性。关键地，我们识别出具有拉长Fe-配体键或强吸电子基团的配位构型可将自旋转变电位推移至CO2RR操作范围之外，从而提供了一般性设计原则。本研究确立了动态自旋态稳定化为构建宽电位范围电催化剂的基础策略。
Keyword:
single-atom catalysts
spin-state modulation
CO2 electroreduction
ab initio molecular dynamics
coordination environment
期刊
IF:
13.1
论文数:
1.6W
被引数:
15.0W
机构
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