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雷永鵬/熊禹AFM:助力鋅-空氣電池!

雷永鵬/熊禹AFM:助力鋅-空氣電池!
合理設(shè)計(jì)和構(gòu)建高效、廉價(jià)的雙功能氧電催化劑是研制可充電鋅-空氣電池(ZABs)的重要前提。雖然錨定在N摻雜碳催化劑(Fe1/NC)上的單原子Fe位點(diǎn)保證了高的氧還原反應(yīng)(ORR)活性,但其原子分散的單活性中心同時(shí)催化析氧反應(yīng)(OER)還有困難。
基于此,中南大學(xué)雷永鵬教授和熊禹教授等人報(bào)道了一種含F(xiàn)e1/NC和硒化物((Fe, Co)Se2)異質(zhì)界面的復(fù)合催化劑((Fe, Co)Se2@Fe1/NC)。所制備的(Fe, Co)Se2@Fe1/NC具有0.616 V的極窄電位隙,在堿性介質(zhì)中的穩(wěn)定性優(yōu)于基準(zhǔn)催化劑(Pt/C+RuO2:0.720 V)。
雷永鵬/熊禹AFM:助力鋅-空氣電池!
通過DFT計(jì)算,作者研究了(Fe, Co)Se2@Fe1/NC催化劑對(duì)ORR/OER的電催化反應(yīng)性。在外露的Fe1/NC表面和異質(zhì)界面結(jié)的(Fe, Co)Se2(001)表面上,檢測(cè)了不同基本步驟的反應(yīng)自由能。
同時(shí),作者還計(jì)算了理論過電位(ηORR)來研究(Fe, Co)Se2@Fe1/NC催化劑的反應(yīng)性。對(duì)于(Fe, Co)Se2@Fe1/NC催化劑上的Fe1/NC,在pH=13的電解質(zhì)條件下,OH*吸附形成的初級(jí)步驟為PDS,ηORR為0.61 V。
雷永鵬/熊禹AFM:助力鋅-空氣電池!
此外,對(duì)于(Fe, Co)Se2@Fe1/NC催化劑上的(Fe, Co)Se2,在相同條件下,OOH*轉(zhuǎn)化為O*的第二基本步為PDS,ηORR為1.14 V。
結(jié)果表明,在FeCoSe2表面出現(xiàn)相當(dāng)大的ORR很可能是由于O*中間體的表面重構(gòu)和過度穩(wěn)定造成的。需注意,由于Co-O和Fe-O的強(qiáng)相互作用,OOH*中間體在Co/Fe位點(diǎn)上吸附時(shí)容易發(fā)生離解,形成O*/OH*中間體。
因此,在ORR/OER過程中需要適度的吸附位點(diǎn),以避免反應(yīng)中間體(OH*、O*和OOH*)的直接解離和過度結(jié)合。
雷永鵬/熊禹AFM:助力鋅-空氣電池!
The Heterointerface between Fe1/NC and Selenides Boosts Reversible Oxygen Electrocatalysis. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202300815.

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