中佛罗里达大学杨阳课题组等Nat. Energy：氟驱动的局部配位环境重排改善Pd-N-C性能

通讯作者：谷猛；Zhenxing Feng；Guofeng Wang；杨阳

通讯单位：南方科技大学；俄亥俄州立大学；兹堡大学；中佛罗里达大学

催化剂活性位点周围的局部配位环境对碳负载金属纳米颗粒电催化剂的活性调节起着至关重要的作用。然而，通过控制这种环境来提高性能的电催化剂的受到了一些限制以及对催化相形成的机制理解存在不足。

中佛罗里达大学杨阳教授课题组、兹堡大学Guofeng Wang、俄亥俄州立大学ZhenxingFeng和南方科技大学谷猛教授合作设计了一种有效的策略来调控局部配位环境（LCE），在M/X-C催化剂中创建催化M-X基，在该策略中引入F配位来削弱C-X键并驱动X原子向金属位点。相关工作以“Improving Pd–N–C fuel cell electrocatalysts through fluorination-driven rearrangements of local coordination environment”为题发表在Nature Energy上。

图1. 氟驱动的LCE重排示意图。

要点1. 由于Pd/N-C具有提高采收率和采收率的双重功能，研究人员使用经典的Pd/N-C催化剂探索了潜在的材料化学特性。

要点2. 实验分析和理论计算表明，F原子倾向于占据缺陷位，将N原子从N-C键中逐出，推动N个原子与Pd配合，在Pd表面形成富N层。表面Pd-N键不仅抑制了Pd的迁移和团聚，还通过调节LCE提高了催化剂的活性，而在不掺杂F的催化剂中，N原子在缺陷位点与C原子强配位。

要点3. 结果表明，在Pd/N-C催化剂中引入F原子可提高乙醇氧化反应和氧还原反应的活性；通过抑制Pd迁移和减少碳腐蚀，提高耐久性。采用引入F原子的Pd/N-C催化剂进行乙醇氧化反应和氧还原反应的直接乙醇燃料电池的最大功率密度为0.57 W cm-2，运行时间超过5900小时。

该策略也被证明是有效和通用的，用于调节其他Pd/X-C(X=P, S, B)和商业上可用的催化剂(Pd/C和Pt/C)的LCE。

图2. Pd/X-F催化剂的形貌和原子结构。

图3. 电化学ORR和EOR性能。

图4. 直接乙醇燃料电池测试及稳定性。

图5. DFT计算。

链接：

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00940-4