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?馮軍宗/陳永婷Nano Energy: 氣凝膠約束和NH3熱解，實現金屬-N4電催化劑穩定化合成

金屬-空氣和燃料電池由于其高能量密度和經濟效益而被廣泛認為是有前途的能源裝置。氧還原反應(ORR)是電池中一個關鍵的半反應，它直接影響電池的能量效率。

因此，設計高活性和持久的ORR電催化劑對于電池的開發具有重要意義原子分散在載體上的具有催化活性金屬表現出最高的原子利用率和最具成本效益的電催化劑設計途徑。然而，廉價、高效、持久的原子分散電催化劑的高通量可擴展生產仍然具有挑戰性。

基于此，國防科技大學馮軍宗和武漢科技大學陳永婷等采用溶膠-凝膠法和NH₃熱解法合成具有原子分散金屬-N₄活性中心的M-N-C催化劑(合成Co-N-C、Ni-N-C和Fe-N-C三種具有原子分散金屬-N₄活性中心的化合物，證實了該策略的合成適用性)。

性能測試結果顯示，Co-N-C在堿性環境中對OER和ORR具有催化活性，而Ni-N-C對CO₂RR具有催化活性；Fe-N-C表現出約0.933 V_RHE的半波電位，動力學電流密度為22 mA cm^-2(0.9 V_RHE)，并且在0.1 M KOH溶液中5000次循環后半波電位降低約4 mV。

此外，作為固態鋅-空氣電池中的空氣電極，Fe-N-C的最大功率密度為167 mW cm^-2，能量密度為956 Wh kg^-1，并且在120小時內具有長期穩定性。Fe-N-C的高活性和耐久性歸因于原子分散的Fe-N₄團簇(N₂-Fe-N₂-Fe-N₂)，其中相鄰Fe-N₄的協同效應促進氧分解并產生較少的H₂O₂。

還有就是，在NH₃中熱解過程中，Fe-N-C通過O₂-Fe-O₂-Fe-O₂、O₆-Fe、N₆-Fe和N₂-Fe-N₂-Fe-N₂序列進行結構變化。該項研究提供了一種基于氣凝膠的策略，用于制造廉價、高效和持久的具有高通量可擴展生產的原子分散電催化劑，并展示出對原子分散電催化劑大規模合成的潛力。

A Stabilization Synthesis Strategy for Atomically Dispersed Metal-N₄ Electrocatalysts via Aerogel Confinement and Ammonia Pyrolyzing. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107869

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