?JMCA:干凝膠法合成邊緣型鐵鈷原子對位點用于高效雙功能氧電催化 2023年10月15日 下午8:40 ? 頂刊 ? 閱讀 30 化石燃料的大量消耗和污染物的排放導致了全球氣候變化和環境惡化,這引起了人們對清潔和可持續能源供應探索的極大關注。在過去的幾十年里,人們一直致力于開發先進的儲能系統,其中可充電鋅空氣電池(ZABs)因其理論能量密度高、危害小等獨特優點被認為是一種很有前途的儲能設備。在可充電ZAB系統中,氧還原反應和析氧反應(ORR/OER)在決定ZAB性能方面起著關鍵作用。貴金屬金屬是ZAB中最常用的催化劑,如Pt基催化劑用于ORR, Ir/Ru基催化劑用于OER,但其成本高、儲量少、穩定性差等問題嚴重阻礙了其商業化的應用。 在此,江蘇大學張建明,張龍和加拿大國家科學研究院孫書會(共同通訊)等人展示了一種簡便的原位干凝膠(ISG)輔助方法來制備具有優異ORR和OER性能的邊緣型Fe-Co原子對的雙功能單原子(SACs)催化劑(ISG Fe,Co-NC)。 ISG Fe,Co-NC SAC在0.1 V時(相對于RHE)的半波電位(E1/2)值為0.865 V,擴散限制電流密度(Jlim)約為5.09 mA cm-2,與Pt/C催化劑(E1/2: 0.851 V, Jlim: 4.83 mA cm-2)和ESG(非原位)Fe,Co-NC催化劑(E1/2: 0.798 V, Jlim: 4.50 mA cm-2)相比,表現出更好的催化性能。同時,ISG Fe,Co-NC的Tafel斜率為66.7 mV dec-1,小于Pt/C (83.2 mV dec-1)和ESG Fe,Co-NC (84.3 mV dec-1)。這些結果表明,ISG Fe,Co-NC更有利于ORR動力學,這很可能是因為其獨特的相互連接的中孔碳網絡。通過測試催化劑在0.1 M KOH電解質中的OER性能來評估其雙功能特性,ISG Fe,Co-NC催化劑達到10 mA cm-2電流密度所需的過電位為383 mV,低于其他催化劑。 另一個重要的性質是,ISG Fe,Co-NC的Tafel斜率為66.8 mV dec-1,低于IrO2 (69.5 mV dec-1)和ESG Fe,Co-NC (69.1 mV dec-1),表明OER催化動力學更快。ORR/OER的雙功能電催化活性可以通過從達到10 mA cm-2時獲得的OER電位和ORR半波電位之間的差計算氧電極活性(ΔE)來評估。ISG Fe,Co-NC的ΔE為0.748 V,優于Pt/C-IrO2 (ΔE = 0.776 V)和許多參考催化劑。由ISG Fe,Co-NC組裝的ZAB的開路電壓(1.51 V)優于Pt/C + IrO2(1.46 V)組裝的ZAB。 隨后,通過將兩個自制ZAB串聯起來,可以為LED(1.5-5 v)面板燈供電一周以上,表明了其商業潛力。使用陰極ISG Fe,Co-NC催化劑,ZAB在10 mA cm-2和20 mA cm-2時的比容量分別為785.4 mAh g-1和683.5 mAh g-1,兩者都優于Pt/C + IrO2在10 mA cm-2時的比容量為729.9 mAh g-1以及在20 mA cm-2時的比容量為588.4 mAh g-1。 實驗工作和密度泛函理論(DFT)計算分析表明,ISG Fe,Co-NC催化劑在堿性介質中具有良好的活性。首先,雙金屬位點催化劑優異的雙功能性歸因于其微觀結構的獨特性。層次化的邊緣型位點和合理的孔隙率有利于物質的傳遞和暴露更多的活性位點,特別是作為可充電ZABs的一種優秀的雙功能催化劑。其次,這種邊緣型的FeCoN6雙原子對作為活性位點的主導配位模型,被認為是改變電子結構的關鍵,從而顯著降低OER/ORR勢壘。這項工作為制備高活性SAC設計提供了一種簡單的方法,并深入了解了催化活性位點的化學環境。 Kinetically favorable edge-type iron-cobalt atomic pair sites synthesized via a silica xerogel approach for efficient bifunctional oxygen electrocatalysis, Journal of Materials Chemistry A, 2022, DOI: 10.1039/d2ta08257h. https://doi.org/10.1039/D2TA08257H. 原創文章,作者:v-suan,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/b6a174e687/ 催化 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 【計算+實驗】頂刊集錦:韓布興、孫學良、王野、王斌、張耕等計算成果 2023年10月5日 廣西大學蒲雄Nano Energy:自修復單離子導電人工SEI穩定鋰金屬負極 2023年10月15日 吳凱&周雄&溫曉東聯合,重磅JACS! 2023年9月25日 陳維/李震宇AEM:晶格匹配層實現超長循環壽命和超過99.92%高庫侖效率的無負極鋁電極 2023年9月30日 首爾國立大學AEM: 從38種元素中逐步篩選高鎳層狀氧化物正極的摻雜劑 2023年10月14日 鮑哲南院士,最新Nature子刊! 2023年12月25日