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溫和的氧還原和析出反應(yīng) (ORR 和 OER) 極大地阻礙了用于鋅空氣電池等應(yīng)用的高性能雙功能單原子催化劑的開(kāi)發(fā)。

在此，東北石油大學(xué)Zhijun Li，哈爾濱師范大學(xué)Xinzhi Ma，南京信息工程大學(xué)Yu-Jia Tang報(bào)道了一種旨在克服這些限制的雙功能氧電催化劑。該催化劑由分散良好的低核度 Co 團(tuán)簇和相鄰的 Co 單原子組成，位于氮摻雜碳基質(zhì) (Co_SA+C/NC) 上。

文章要點(diǎn)

1）通過(guò)這些 Co 物種之間的強(qiáng)電子相互作用實(shí)現(xiàn)精確定制的不對(duì)稱電子結(jié)構(gòu)。 Co 團(tuán)簇優(yōu)化了含氧中間體在單原子 Co 位點(diǎn)上的吸附/解吸強(qiáng)度，使其在堿性條件下具有出色的活性，半波電位 (E_1/2) 為 0.91 V，10 mA cm^?2 時(shí)的過(guò)電位 (η) 為 340 mV。

2） Co_SA+C/NC 組裝的鋅空氣電池實(shí)現(xiàn)了 284.1 mW cm^?2 的高功率密度和 400 小時(shí)的長(zhǎng)使用壽命，優(yōu)于基準(zhǔn) Pt/C + RuO₂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析表明，增強(qiáng)的雙功能活性源于 Co 團(tuán)簇和單原子 Co 位點(diǎn)之間的協(xié)同相互作用。因此，*OH 的過(guò)度結(jié)合受到抑制，*OH 的去除速度加快。

這項(xiàng)工作建立了具有強(qiáng)電子相互作用的多相金屬物種先進(jìn)電催化劑的設(shè)計(jì)原理。

參考文獻(xiàn)

Zhijun Li, et al, Electronic Structure Modulation Induced by the Synergy of Cobalt Low-Nuclearity Clusters and Mononuclear Sites for Efficient Oxygen Electrocatalysis, ACS Nano, 2024

DOI: 10.1021/acsnano.4c15035

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15035