调节原子 Fe-Rh 位点距离以实现高效的氧还原反应

在《科学中国化学》杂志上发表的一项研究中，作者通过综合理论和实验，系统地设计和研究了氮掺杂石墨烯支持的 Fe-Rh 原子催化剂 (Fe-Rh x @NC) 用于 ORR 的位点距离效应方法。

通过静电势(ESP)和Bader电荷分析，理论计算预测位点距离效应改变了不同Fe-Rh原子位点距离(d Fe-Rh)的催化电子结构，优化了催化剂的吸附强度。

因此，在这些理论计算的推动下，作者通过空间限制策略设计了Fe-Rh x @NC催化剂，并合成了具有不同d Fe-Rh的Fe-Rh x @NC催化剂。

高角度环形暗场扫描 TEM (HAADF-STEM) 图像进一步证明了不同 Fe-Rh 原子距离催化剂的成功合成。X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收光谱(XAS)证明了位点距离对Fe和Rh之间相互作用强度的影响。

与 Fe-Rh 1相比，Fe-Rh 2 @NC 具有最佳原子距离，可提供最正的起始电势 (E onset ) 和半波电势 (E 1/2 )，分别为1.01和0.91 V vs. RHE @NC(0.96 和 0.88 V)和 Fe@NC(0.96 和 0.87 V)，甚至高于商业 Pt/C(0.98 和 0.86 V)。

密度泛函理论(DFT)计算表明Fe-Rh 2 @NC能与O 2适度相互作用，具有合适的吸附能，有利于促进ORR的动力学过程。与Fe@NC相比，Fe-Rh 2 @NC催化剂在费米能级附近具有更高的投影态密度，表明Fe-Rh 2 @NC双金属催化剂具有更强的电子转移能力和更高的催化性能。

中国科学技术大学丁涛副研究员和姚涛教授领导了这项研究。实验采用密度泛函理论计算和同步辐射表征技术进行。