耐用高效的氧還原反應 (ORR) 電催化劑是可充電鋅空氣電池 (ZAB) 的核心。目前性能最好的 ORR 電催化劑是非貴金屬中基于 FeN4 的粉末材料，但它們在長期設備運行過程中仍會出現剝落和脫金屬的情況。
在此，南方科技大學Hsing-Lin Wang，上海交通大學Fuqiang Huang，澳門大學Shi Chen通過兩步 NH3 輔助碳化在碳纖維膜上構建了一種碳孔和吡啶-N 修飾的雙原子 Fe 位點的防溶解結構 (Fe2N6-CMPCF) 作為無粘合劑正極。
文章要點
1）實驗和理論研究表明，與傳統的無缺陷 FeN4 (0.94 eV) 相比，Fe2N6-CMPCF 中 Fe 溶解的能壘 (1.41 eV) 顯著增加，這可以顯著抑制長期電催化過程中 Fe 位點的脫金屬。
2）因此，基于 Fe2N6-CMPCF 的陰極可使 ZAB 運行超過 200 天（創紀錄的 14,500 次循環），峰值功率密度高達 261.4 mW cm-2。
3）此外，結構分析揭示了 Fe2N6-CMPCF 中 Fe 位點的抗溶解起源，這可歸因于增強的軌道相互作用（Fe-N 和 Fe-Fe）和 Fe 和 N 原子之間的靜電力。
這項工作為設計抗溶解原子位點和無粘合劑陰極以實現可持續電子設備提供了一條有價值的途徑。
參考文獻
Zian Xu, et al, Anti-dissolving Fe2N6 Sites Based Carbon Fiber Membranes for Binder-free Zn-air Batteries with a 200-Day Lifespan, Energy Environ.Sci., 2024
DOI: 10.1039/D4EE03148B.
