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?陳忠偉Nano Energy：調節氮空位的有序介孔Fe2Nx電催化劑用于ORR和鋅-空氣電池

高效的過渡金屬電催化劑對克服氧還原反應（ORR）的遲緩動力學有著巨大的前景，而塊體材料中密集的活性位點堆積限制了電催化行為。因此，通過納米結構工程獲得分層形態對于豐富活性位點和促進相應的質量轉移至關重要。

在此，滑鐵盧大學陳忠偉教授、Deng Ya-Ping，河南師范大學白正宇教授團隊開發了具有調節氮空位的有序介孔Fe₂Nx電催化劑用于氧還原反應和鋅-空氣電池。具體而言，該工作構建了三維互連和有序介孔（3DOM）的Fe₂Nx裝飾在TiOy（Fe₂Nx@TiOy）。

通過引入氮空位，增加的表面積和活性位點促進了ORR動力學，包括達到了高半波電位（0.88V對可逆氫電極）和高電流密度（0.8V時71mA cm^-2）。用Fe₂Nx@TiOy催化劑組裝的鋅-空氣電池呈現出809 mAh g^-1的高比容量。

圖1. Fe₂Nx@TiOy的結構表征

總之，該工作采用硬模板法制備了具有定制氮空位的3DOM Fe₂N_x鑲嵌在TiO_y上。密度泛函理論計算和X射線光電子能譜分析表明，由于氮空位的引入，氧衍生中間體的吸附和脫附的勢壘降低。隨著氮空位的形成，Fe-Fe配位引起結構扭曲，降低了勢壘，提高了電催化性能。

用Fe2Nx@TiOy組裝的鋅-空氣電池在10?mA cm^-2放電超過146h時表現出優異的穩定性能。同時，在0.8V時的動能電流密度為71.34?mA cm^-2，半波電位為0.88 V表現出優異的ORR性能。這項工作確定了Fe₂N_x@TiO_y用于催化ORR缺陷工程的潛力，為構建高效的能量轉換和存儲的新型材料提供了新的見解。

圖2. Fe₂N@TiOy作用機制探究

Ordered Mesoporous Fe₂Nx Electrocatalysts with Regulated Nitrogen Vacancy for Oxygen Reduction Reaction and Zn-air Battery, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108672

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/2023/09/21/a383e5755b/

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