Journal of the American Chemical Society· 2026Q1
Asitli Oksijen İndirgenmesi ve Yakıt Pillerinde Sağlam Fe–N Bağları İçin Yalancı Jahn–Teller Etkisi Aracılı Orta-Spin (S = 3/2) Fe
Pseudo-Jahn–Teller Effect-Mediated Medium-Spin (S = 3/2) Fe for Robust Fe–N Bonds in Acidic Oxygen Reduction and Fuel Cells
- 1atıf
- Q1SCImago
- 2026yıl
Kısa özet
Fe–N–C katalizörlerindeki FeN4 bölgelerine bitişik bizmut eklenmesi, yalancı Jahn–Teller distorsiyonu yoluyla Fe–N bağlarını stabilize ederek, 20.000 döngü sonrası Fe tutulumunda 3 kat artışa (%78,8'e karşı %26,7) ve H2–O2 PEMFC'lerde 720 mW cm–2 tepe güç yoğunluğuna yol açar.
Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.
Ana noktalar
- Fe–N–C katalizörlerindeki FeN4 bölgelerinde bitişik bizmut (Bi) tarafından yalancı Jahn–Teller (p-J-T) distorsiyonu indüklenir.
- p-J-T distorsiyonu, boş bir dx2–y2 orbitali ile orta-spinli Fe(III) konfigürasyonunu (S = 3/2) stabilize ederek Fe–N bağını güçlendirir.
- FeBi–N–C katalizörleri, kontrol gruplarına kıyasla 20.000 döngü sonrası 3 kat daha yüksek Fe tutulumu (%78,8'e karşı %26,7) sergiler.
- FeBi–N–C katalizörü, H2–O2 PEMFC'lerde 720 mW cm–2 tepe güç yoğunluğu ve 0,60 V'ta 150 saat sonra %90 akım tutunumu sağlar.
Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.
Özet (abstract)
Abstract Proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) require efficient and durable platinum-group-metal-free (PGM-free) cathode catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR). Iron–nitrogen–carbon (Fe–N–C) materials are promising candidates, but their practical application is hindered by rapid demetalation of Fe sites under acidic operating conditions. Here, we show that introducing a p-block metal (Bi) adjacent to the FeN4 motif triggers a pseudo-Jahn–Teller (p-J-T) distortion. This distortion stabilizes a medium-spin Fe(III) configuration (S = 3/2) with an empty dx2–y2 orbital. This empty orbital accepts lone-pair electrons from the nitrogen ligands, strengthening the Fe–N bond and suppressing proton-induced demetalation. The resulting FeBi–N–C catalyst exhibits a dramatically strengthened Fe–N bond, as evidenced by a shortened bond length (from 1.99 Å to 1.96 Å) and a 3-fold higher Fe retention after 20,000 cycles (78.8% vs 26.7%). This structural stability translates into a peak power density of 720 mW cm–2 in H2–O2 PEMFCs and 90% current retention after 150 h at 0.60 V. Our findings establish the p-J-T effect as a new chemical strategy to stabilize metal–nitrogen bonds against acid-induced demetalation.
Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. Journal of the American Chemical Society, 2026 · DOI ↗
Ücretsiz hesapla devam et
Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.
Web'de ücretsiz devam etGoogle ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.
Telefonda:
Alan: Yenilenebilir Enerji, Sürdürülebilirlik ve Çevre
Renewable Energy, Sustainability and the EnvironmentEnergy