何兴权/张伟等人Angew.：原子分散Fe2和Ni位点的高效氧电催化!|fe|三元|何兴权|催化剂|原子|张伟(羽毛球运动员)

研究内容

开发用于氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的高效、经济且坚固的电催化剂对于可再生燃料电池和可充电金属空气电池的大规模商业化至关重要。

长春理工大学何兴权/吉林大学张伟/罗格斯大学Tewodros Asefa开发了一种由成对的铁位点和单个镍位点（Fe2-N6和Ni-N4）配位到中空氮掺杂碳微球上的新型三元原子催化剂。催化剂在碱性介质中对ORR和OER都表现出显著的活性，其性能优于仅含有Fe2-N6或Ni-N4位点的对照材料。相关工作以“Atomically Dispersed Fe2and Ni Sites for Efficient and Durable Oxygen Electrocatalysis”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1.作者展示了由Fe-Fe和Ni位点（Fe2-N6和Ni-N4）组成的有效三元原子电催化剂的合成，这些位点与空心氮掺杂碳微球（N-HCMs）配位。材料名为Fe2/Ni-N-HCMs，对ORR和OER都表现出极高的电催化活性，性能优于基准电催化剂Pt/C和RuO2。

要点2.密度泛函理论计算和原位红外光谱研究清楚地表明，Fe2-N6中心是ORR和OER的活性位点，通过Ni-N4位点优化其d带中心，它们的电催化活性得到了协同增强。

要点3.在峰值功率密度、比容量、速率性能和充放电循环稳定性方面，Fe2/Ni-N-HCMs组装的ZABs作为电催化剂的性能优于含有Pt/C+RuO2基催化剂的ZABs。

这种三元原子催化剂可能是一种有前景的、替代的、可持续的催化剂，可以替代商业上使用的铂基和钌基催化剂，在可充电锌空气电池和其他相关应用中驱动ORR和OER。

研究图文

图1.（a）Fe2/Ni-N-HCMs的合成过程示意图。Fe2/Ni-N-HCMs的（b）TEM、（c）SAED、（d）HRTEM和（e）AC HAADF-STEM。（f-k）Fe2/Ni-N-HCMs的HAADF-STEM和Fe2/Ni-N-HCM中C、N、O、Fe和Ni的相应EDX元素图像。

图2. 催化剂的电催化活性和耐久性。

图3. ORR/OER过程中Fe2/Ni-N-HCMs的理论和原位分析。

图4.（a）自制锌空气电池（ZABs）的示意图。（b）Fe2/Ni-N-C为电催化剂的ZABs的开路电压。（c）Pt/C+RuO2基ZABs和Fe2/Ni-N-HCMs基ZABs的充放电极化曲线和功率密度曲线。（d）Pt/C+RuO2和Fe2/Ni-N-HCMs的锌空气电池在不同电流密度下的放电曲线（上）以及在10 mA cm-2下的长期放电曲线（下）。e）Fe2/Ni-N-HCMs的ZABs在5 mA cm-2电流密度下的恒电流变化/放电循环性能。插图显示了每个部分循环测试期间的电压效率图。

文献详情

Atomically Dispersed Fe2 and Ni Sites for Efficient and Durable Oxygen Electrocatalysis

Guiyuan Yang, Meihong Fan, Qing Liang, Xingquan He*, Wei Zhang*, Tewodros Asefa*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202421168