계층적 다공성 구조와 P–O 결합 조정을 가진 Fe-NC 단일 원자 촉매의 산소 환원

효율적이고 내구성이 있는 산소 환원 반응(ORR)용 전기촉매로서 계층적 다공성 이종 원자 도핑 탄소 재료를 개발하는 것은 전기화학적 에너지 변환 및 저장 장치를 실현하는 데 매우 중요합니다. 여기에서 우리는 계층적 탄소 매트릭스 내 단일 Fe 원자 촉매의 본질적인 활성을 조정하기 위해 P–O 결합을 도입하는 전략을 보고합니다. 이론 계산과 관련된 실험 분석은 전통적인 Fe–N4 중심이 풍부한 다공성 탄소에서 P–O 결합 도핑제가 Fe–N4 중심의 전자 구조를 조절하고 ORR에 대한 에너지 장벽을 낮춘다는 것을 밝혀냈습니다. 특히, Fe 중심의 세 번째 조정 쉘에 있는 P–O 결합은 Fe–N4 위치에서 흡착된 산소의 수소화 속도 결정 단계를 가속화합니다. 또한 이 재료는 대규모 내부 반응 표면적, 풍부한 계층적 다공성 및 빠른 전하 수송 경로의 매력적인 배열을 제공함으로써 추가적인 구조적 이점을 특징으로 하여 결국 좋은 ORR 전기화학적 성능을 나타냅니다.