Engineering Local Coordination Environments of Atomically Dispersed and Heteroatom‐Coordinated Single Metal Site Electrocatalysts for Clean Energy‐Conversion

Advanced Energy Materials - Tập 10 Số 11 - 2020
Yuanzhi Zhu1, Joshua Sokolowski2, Xiancheng Song1, Yanghua He2, Yi Mei1, Gang Wu2
1Faculty of Chemical Engineering, Yunnan Provincial Key Laboratory of Energy Saving in Phosphorus Chemical Engineering and New Phosphorus Materials, The Higher Educational Key Laboratory for Phosphorus Chemical Engineering of Yunnan Province, Kunming University of Science and Technology, Kunming, 650500 China
2Department of Chemical and Biological Engineering, University at Buffalo, The State University of New York, Buffalo, NY, 14260 USA

Tóm tắt

Abstract

Carbon‐based heteroatom‐coordinated single‐atom catalysts (SACs) are promising candidates for energy‐related electrocatalysts because of their low‐cost, tunable catalytic activity/selectivity, and relatively homogeneous morphologies. Unique interactions between single metal sites and their surrounding coordination environments play a significant role in modulating the electronic structure of the metal centers, leading to unusual scaling relationships, new reaction mechanisms, and improved catalytic performance. This review summarizes recent advancements in engineering of the local coordination environment of SACs for improved electrocatalytic performance for several crucial energy‐convention electrochemical reactions: oxygen reduction reaction, hydrogen evolution reaction, oxygen evolution reaction, CO2 reduction reaction, and nitrogen reduction reaction. Various engineering strategies including heteroatom‐doping, changing the location of SACs on their support, introducing external ligands, and constructing dual metal sites are comprehensively discussed. The controllable synthetic methods and the activity enhancement mechanism of state‐of‐the‐art SACs are also highlighted. Recent achievements in the electronic modification of SACs will provide an understanding of the structure–activity relationship for the rational design of advanced electrocatalysts.

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