中山大學Adv. Sci.:軸向O配體調(diào)節(jié)Zn-N-C電子結構和幾何結構,顯著提升ORR活性 2023年10月3日 上午12:31 ? 頭條, 百家, 頂刊 ? 閱讀 29 氧還原反應(ORR)作為一種基本和關鍵的半反應,在多種綠色能量轉換和存儲設備(包括金屬-空氣電池和燃料電池)中起著關鍵作用。Pt基材料被認為是高活性的電催化劑,可以提高ORR過程的緩慢動力學。然而,Pt基材料的稀缺性和長期耐久性不足限制了它們的廣泛應用。因此,開發(fā)具有高活性和穩(wěn)定性的低成本非貴金屬催化劑已引起廣泛關注。 近日,中山大學王成新、崔浩和李巖等提出了一種產(chǎn)生軸向配位O的策略,來改善ZnN4對ORR的效能。 具體而言,首先,從理論上討論了Zn-N4-O的可能結構模型和相應的ORR性能。計算結果表明,軸向O配位可以誘導電子轉移從Zn中心到鄰近原子,并實現(xiàn)電子離域化,從而優(yōu)化*OH的吸附強度,降低速率決定步驟(RDS)的能壘,從而提高ORR性能。 為了驗證理論計算結果,利用離子液體輔助熔鹽模板法構建了具有四個面內(nèi)N配體和一個軸向O配體的五重配位單原子Zn位點(Zn-N4-O)。軸向O配體工程引發(fā)了Zn-N4平面結構向Zn-N4-O非平面結構的幾何轉變,從而調(diào)整了中心Zn位的電子結構。 實驗結果表明,在0.1 M KOH中,Zn-N4-O SAC的ORR活性顯著提高,半波電位為0.884 V,優(yōu)于Zn-N4 SAC(0.817 V)和商業(yè)Pt/C (0.855 V)。更重要的是,Zn-N4-O SACs具有較高的內(nèi)在ORR活性,其轉換頻率(2.66 e-1 site-1 s-1)高于Zn-N4(0.09 e-1 site-1 s-1)。 此外,在進行了10000次循環(huán)加速耐久性試驗后,Zn-N4-O的ORR活性沒有發(fā)生明顯的下降;利用Zn-N4-O SACs組裝的鋅-空氣電池的峰值功率密度為182 mW cm-2,并可連續(xù)工作至少160 h,證明Zn-N4-O具有超高穩(wěn)定性。綜上,這項工作不僅為單原子催化劑的微環(huán)境調(diào)控提供了策略,而且指導了用于能量轉換和儲存裝置的高效電催化劑的合理設計和開發(fā)。 Axial Oxygen Ligands Regulating Electronic and Geometric Structure of Zn-N-C Sites to Boost Oxygen Reduction Reaction. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202302152 原創(chuàng)文章,作者:Gloria,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/03/f2cc8d0d28/ 催化 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 喬世璋院士,2025年首篇Angew! 2025年2月12日 隋旭磊/王振波AM:軸向Fe4C原子團簇實現(xiàn)的d軌道電子離域促進Fe-N-C展現(xiàn)優(yōu)異的氧還原性能 2023年10月1日 吉大晁單明/賈曉騰Adv. Sci.:具有優(yōu)異電化學性能的全聚合物水系質(zhì)子電池 2023年10月15日 ACS Catal.:水熱老化V2O5-WO3/TiO2催化劑的結構-活性關系用于NH3-SCR 2023年10月11日 南開李國然AEM:33 mAh/cm2超高面容量,鋰硫電池獲突破! 2023年10月14日 僅隔1個月,俞漢青院士團隊,再發(fā)一篇Nature Water! 2024年8月12日