南方科技大学徐强院士，最新AM！

学术 2024-10-11 19:00 广东

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研究概述

氧还原反应（ORR）电催化剂是准固态锌-空气电池（ZABs）广泛应用的基础，但Fe-N-C单原子催化剂（SACs）对含氧中间体不利的强吸附性导致其活性和稳定性较低。

基于此，2024年10月10日，南方科技大学徐强院士/Qichen Wang、扬州大学庞欢教授在国际期刊Advanced Materials发表题为《Dual Fe/I Single-Atom Electrocatalyst for High-Performance Oxygen Reduction and Wide-Temperature Quasi-Solid-State Zn-Air Batteries》的研究论文。

在此，研究人员通过金属有机框架（MOF）介导的两步串联热解方法，合成了锚定在N掺杂的碳纳米棒（Fe/I-N-CR）上的双Fe/I单原子。原子级I掺杂通过长程电子离域效应调节了Fe-N_x中心的电子结构。

得益于双Fe/I单原子位点的协同效应和一维纳米棒的结构优点，Fe/I-N-CR催化剂表现出优异的ORR活性和稳定性，优于Pt/C、Fe或I SACs。

将Fe/I-N-CR用作准固态ZABs的正极时，可实现197.9 mW cm^-2的高功率密度和20 mA cm^-2下280 h的超长循环寿命，大大超过了商用Pt/C+IrO₂（119.1 mW cm^-2和47 h）。

此外，Fe/I-N-CR基准固态ZABs实现了从-40℃到60 °C的宽温度适应性和优异的稳定性。

这项研究提供了一种以MOF为介导的两步串联热解策略，可设计出具有金属/非金属中心的高性能双SAC，用于ORR和可持续ZABs。

图文解读

图1：Fe/I-N-CR的价态分析及结构表征

图2：电催化ORR性能

图3：Fe/I-N-CR基准固态ZABs在宽工作温度下的电化学性能

文献信息

Dual Fe/I Single-Atom Electrocatalyst for High-Performance Oxygen Reduction and Wide-Temperature Quasi-Solid-State Zn-Air Batteries, Advanced Materials, 2024. https://doi.org/10.1002/adma.202412978

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