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北航張瑞豐AM:基于MXene的高度穩定和活性的雙功能ORR/OER雙原子催化劑的合理設計

北航張瑞豐AM:基于MXene的高度穩定和活性的雙功能ORR/OER雙原子催化劑的合理設計
設計高活性和雙功能氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)催化劑引起了人們對金屬-空氣電池的極大興趣。而過渡金屬(TM)原子催化劑(ACs)已被提出作為新型雙功能電催化材料,不僅成本低、穩定性高、催化劑利用率高,而且具有改進的ORR/OER雙功能電催化性能。
基于此,北京航空航天大學張瑞豐等人通過在表面引入非貴金屬(如Fe/Co/Ni),提出了一種基于MXene的雙功能催化劑。
北航張瑞豐AM:基于MXene的高度穩定和活性的雙功能ORR/OER雙原子催化劑的合理設計
這些結果表明,Ni1/Ni2和Fe1/Ni2改性的MXene基雙原子催化劑(DAC)對雙功能ORR/OER的超高活性優于眾所周知的具有低過電位的單功能催化劑,如用于ORR的Pt(111)和用于OER的IrO2(110)。
易于調節基于MXene的DAC的催化活性,為MXene中的可調催化行為提供了一條新途徑。電子結構分析表明,基于MXene的DAC的優異催化活性歸因于電子捕獲能力和Fe/Co/Ni吸附劑與MXene底物之間的協同相互作用。
北航張瑞豐AM:基于MXene的高度穩定和活性的雙功能ORR/OER雙原子催化劑的合理設計
這些發現不僅揭示了基于MXene的雙功能ORR/OER催化劑是有希望的候選者,而且還為合理設計不含貴金屬的雙功能DAC提供了新的理論見解,并為MXenes在水性金屬-空氣電池中的應用提供了新的機會。
Rational design of highly stable and active MXene-based bifunctional ORR/OER double-atom catalysts. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202102595

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