In Situ 라만 분광법을 이용한 분자 및 열분해된 Fe–N–C 전기촉매의 산소 환원 반응 중간체 및 동적 활성 사이트 구조 탐색

FeN4 종은 귀금속이 없는 Fe–N–C 산소 환원 반응(ORR) 전기촉매의 활성 사이트로 널리 제안되고 있으나, ORR 메커니즘, 특히 Fe 중심의 속도 결정 단계(RDS) 및 공존하는 C–N 활성 사이트의 기여는 여전히 논란의 여지가 있다. 또한, ORR 전기촉매 과정에서 FeN4 활성 사이트의 동적 구조 또한 불명확하다. 분자 Fe 프탈로시아닌(FePc) 모델 촉매 및 열분해된 Fe–N–C 촉매에 대한 인 situ (동위원소 표시) 라만 분광법을 통해, 우리는 서로 다른 pH 조건에서 서로 다른 활성 사이트에서 ORR 중간체/RDS의 직접적이고 동시적인 스펙트럼 식별을 달성하였으며, 이를 통해 그들의 내재적 활성과 ORR 메커니즘을 정량적으로 분리할 수 있다. 단일 원자 Fe–Nx 사이트 외에도, 두 가지 종류의 C–N 사이트가 열분해된 Fe–N–C 촉매에서 별도의 활성 사이트로 식별되고 명확해져, 서로 다른 ORR 중간체(*O2– 및 *OOH)와 RDS를 나타낸다. 더 나아가, FePc 모델 촉매로부터 우리는 ORR 전기촉매 과정에서 평면 구조와 비평면 구조 간의 pH 의존적 구조 전환을 밝혀내어, 이들이 pH 의존적인 ORR 활성(RDS) 및 안정성에 대한 중요한 통찰을 제공한다.