四川
氢氧燃料电池受限于阴极氧还原缓慢的动力学反应速率，高活性催化剂的设计与开发是氢氧燃料电池商业化的关键技术瓶颈之一。然而近十年来，催化材料的本征氧还原活性并未有显著提升，这是由于传统催化剂的活性受反应中间体结合的线性关系所限制。因此，欲设计理想的氧还原反应催化材料，这种不利的线性关系必须被打破。
有鉴于此，西南石油大学陈鑫团队，设计出一种具有高氧还原催化活性的卤素取代邻菲罗啉金属配合物催化剂。密度泛函理论研究表明，材料结构中独特的空间位阻效应调控了氧还原中间体结合的线性关系，进而导致此类催化剂的高氧还原催化活性。其中，溴取代的镍邻菲罗啉配合物展现出最高的氧还原反应活性，氧还原过电势低至0.34 V。
- 本文要点
1. 采用密度泛函理论系统研究了3d、4d及5d过渡金属-邻菲罗啉配合物（TM-X）的氧还原活性，筛选出的Ni-Br具有0.34 V的超低过电势，Ni-I、Co-I等7种催化剂也具有比Pt(111) 更低的过电势。
2. 中间体吸附结果表明，*OOH和*O中间体的吸附自由能均与*OH的吸附自由能呈现良好的线性关系，但该线性关系不同于大量氧还原催化材料上的规律，具有更低的斜率，这种线性关系的改变归因于TM-X的正交结构产生的空间位阻选择性地改变了中间体的吸附，是TM-X高催化活性的起源之一。
3.此外，一方面空间位阻起到了改变中间体吸附线性关系的作用；另一方面，卤素引起的电子结构改变导致了TM-H上过度的中间体吸附强度被调节了，显著改善了催化材料的氧还原催化活性。
Yizhen Zhang, Xin Chen, Hui Zhang, et al. Screening of catalytic oxygen reduction reaction activity of 2, 9-dihalo-1, 10-phenanthroline metal complexes: the role of transition metals and halogen substitution, J. Colloid Interface Sci., 2021, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.11.148.
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
