فهم النشاط الخاص بمحفزات الحديد أحادي الذرة Fe-N-C في تفاعل اختزال الأكسجين

لقد جذبت محفزات الحديد أحادي الذرة Fe-N-C اهتمامًا واسعًا في تفاعل اختزال الأكسجين (ORR). ومع ذلك، لا يزال أصل النشاط في تفاعل ORR على محفزات Fe-N-C غير واضح، مما يعيق التحسين الإضافي لمحفزات Fe-N-C. هنا، نقدم نموذجًا لفهم نشاط ORR لموقع Fe-N4 من التركيب المكاني ومستوى الطاقة للأوربتالات الحدودية من خلال حسابات نظرية الكثافة الوظائفية. من خلال أخذ تنظيم عيوب الثنائي الفراغي على نشاط ORR لموقع Fe-N4 كمثال، نوضح أن التهجين بين الأوربتالات Fe 3dz2، 3dyz (3dxz) و O2 π* هو أصل نشاط ORR لموقع Fe-N4. وجدنا أن طول رابطة Fe-O، والفجوة المركزية لمحزمة d لحالات الدوران، والعزم المغناطيسي لموقع Fe و *O2 كموصّفات يمكن أن تتنبأ بدقة بنشاط ORR لموقع Fe-N4. علاوة على ذلك، تتوزع هذه الموصّفات ونشاط ORR لموقع Fe-N4 بشكل رئيسي في منطقتين مع اختلاف واضح، وهو ما يتعلق بشكل كبير بارتفاع الأوربتال الثلاثي الأبعاد Fe 3d في اتجاه Z. يقدم هذا العمل فكرة جديدة عن نشاط ORR لمحفزات M-N-C أحادية الذرة.