孙晓明/田书博/王子运Angew: 升华转化合成双原子Fe催化剂，用于高效ORR反应

单原子催化剂(SACs)具有最大的金属原子利用率、可调节的配位环境和较强的金属载体相互作用，这使得其在各种重要反应中具有非凡的催化性能。然而，反应中间体吸附能之间的内在线性标度关系可能会阻碍SACs催化效率的进一步提高。相比之下，通过在第一个位点附近引入二次金属而产生的双原子催化剂(DACs)，为微调活性位点的电子结构和调节反应物/中间体的吸附强度提供了一种可行的策略。因此，定义明确的DAC提供了更多的机会来规避与多种中间体的复杂反应中的标度关系，如氧还原反应(ORR)，从而提高催化性能。但是，构建原子结构均匀性和操作稳定性的DAC仍是一个巨大的挑战。

近日，北京化工大学孙晓明、田书博和奥克兰大学王子运等开发了一种升华转化策略，利用FeCl₃(s)中原位生成的Fe₂Cl₆(g)二聚体制造双原子位置结构高度可控的Fe-Fe DAC (Fe₂/NC)。

实验结果表明，Fe₂/NC中Fe-Fe距离为0.3 nm，并且该催化剂表现出优越的ORR性能，半波电位为0.90 V_RHE，在0.85 V时的动力学电流密度为20.99 mA cm^-2，超过了商业的Pt/C催化剂、Fe₁/NC，以及较短Fe-Fe距离~0.25 nm的Fe₂/NC-S。

此外，Fe₂/NC催化剂在10000次CV循环后半波电位不变，在0.6 V下连续反应20小时后仍保持了其初始电流密度的97%，显示出优异的反应稳定性。

系统的表征和理论计算表明，与具有分离Fe位点的Fe₁/NC相比，Fe₂/NC催化剂的ORR性能增强是因为其具有结构优势，为O₂的双位点侧吸附提供了相邻的Fe位点，使O₂有效结合和激活，并促进了随后的质子化过程；其次，与Fe₂位点(~0.25 nm)相对接近的Fe₂/NC-S相比，Fe₂/NC上*O₂向*OOH的转化过程更容易，防止了催化表面被O₂毒害，进一步提高了ORR的活性。

总的来说，该项工作不仅介绍了一种制备原子精确DAC的新方法，而且对双位点催化的金属间距离效应提供了更深层次的理解。

Sublimation transformation synthesis of dual-atom Fe catalysts for efficient oxygen reduction reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202413179