石墨烯载铁单原子

铁单原子位点显著降低水离解能垒，FeC₄结构将O–H断裂势垒从1.69 eV降至0.25 eV。

Wei, Tian · Rongyu, Zhang · Jun, Wang · Xu, Shifeng · 王利岩 · 徐丹 · Di, Yang · Na, Li · Sai, Wang · Yang, Xu

Surfaces and Interfaces 2026

具体参数

原始石墨烯O–H解离能垒

{'zh': '1.69', 'en': '1.69'} eV

FeC₄第一步解离能垒

{'zh': '0.25', 'en': '0.25'} eV

FeC₄第二步解离能垒

{'zh': '0.32', 'en': '0.32'} eV

FeN₄C₁₀第一步解离能垒

{'zh': '0.15', 'en': '0.15'} eV

FeN₄C₁₀完全解离能垒

{'zh': '1.34', 'en': '1.34'} eV

技术优势

能垒骤降

FeC₄位点将第一步解离能垒从1.69 eV降至0.25 eV，反应速率呈指数级提升。

两步皆易

FeC₄上两步解离能垒分别为0.25和0.32 eV，均远低于原始石墨烯，彻底解离不再受阻。

机理清晰

Fe中心作为电子给体，削弱O–H键、增强Fe–O作用，从电子结构上解释了活性来源。

应用场景

• 单原子催化剂：用单原子Fe位点替代贵金属催化剂，降低水解离能垒。
• 析氢反应：促进水解离为析氢反应供质子，提升整体效率。
• 电催化：在水电解槽中加速决速步骤，降低过电位。
• 光催化：在光催化水分解中降低表面反应能垒，提高产氢速率。