image: SbN5立体构型的（a）配位环境构型,（b）PDOS图，（c）Sb-p和O-2p轨道杂化示意图，（d）Sb中心与配体之间的轨道相互作用和（e）差分电荷和相应的Bader值。SbAC-NC-5的（f）TEM，HRTEM图像及相应的选定区域电子衍射图，（g）HAADF-STEM图像及Sb原子间距离统计分析和（h）EDX元素图谱。 SbAC-NC-x和对照样品的（i）N K-edge的SXAS光谱，（j）XANES光谱，（k）EXAFS拟合曲线。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
构建兼具高活性和稳定性的阴极催化剂对于提高金属-空气电池和燃料电池的能量转换效率至关重要。单原子催化剂（SACs）凭借其原子级别的活性位点和精确可调的电子构型，为应对氧还原反应（ORR）动力学缓慢这一挑战提供了全新的解决方案。与过渡金属不同，相对惰性的Sb中心可以通过配位工程进行精确调整，从而表现出很强的亲和力。然而，Sb-N键的强度是决定稳定性的根本因素。这项新研究由吉林大学材料科学与工程学院张伟教授（Wei Zhang）领导，经过不同程度的 NH4Cl气相蚀刻，成功实现了对SbAC-NC-x催化剂中Sb中心第一配位壳层的精确调控。值得注意的是，具有包裹型SbN5立体构型的催化剂在碱性介质（0.1 mol L-1 KOH）中表现出了极高的半波电位（E1/2=0.908 V），并且在经过15万次加速耐久性测试后，E1/2仅下降了11 mV，这表明催化剂具有出色的长期耐久性。结合原位技术和理论计算，他们充分验证了SbN5立体构型的轨道稳定效应减轻了*OH对Sb中心的空间位阻效应。这种现象通过阻止Sb中心与中间产物之间的相互作用，促进了*OH状态的激活，从而加速了*OOH的形成。这项研究得到了中国国家自然科学基金的大力支持。
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Science Bulletin