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

在此，東北石油大學Zhijun Li，哈爾濱師范大學Xinzhi Ma，南京信息工程大學Yu-Jia Tang報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 團簇和相鄰的 Co 單原子組成，位于氮摻雜碳基質 (Co_SA+C/NC) 上。

文章要點

1）通過這些 Co 物種之間的強電子相互作用實現精確定制的不對稱電子結構。 Co 團簇優化了含氧中間體在單原子 Co 位點上的吸附/解吸強度，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 時的過電位 (η) 為 340 mV。

2） Co_SA+C/NC 組裝的鋅空氣電池實現了 284.1 mW cm^?2 的高功率密度和 400 小時的長使用壽命，優于基準 Pt/C + RuO₂。實驗結果和理論分析表明，增強的雙功能活性源于 Co 團簇和單原子 Co 位點之間的協同相互作用。因此，*OH 的過度結合受到抑制，*OH 的去除速度加快。

這項工作建立了具有強電子相互作用的多相金屬物種先進電催化劑的設計原理。

參考文獻

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