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下一代儲能系統是現代生活和人類社會中電子設備的最重要組成部分。鋅-空氣電池(ZABs)作為眾所周知的經濟型儲能設備，具有低成本、高能量密度和安全等優點，然而ZAB的性能受到兩個關鍵氧反應的限制，即放電過程中的氧還原反應(ORR)和充電過程中的析氧反應(OER)。

鉑族金屬(PGM)作為目前最高效的ORR和OER電催化劑，卻存在高成本和穩定性差等問題，并且在空氣陰極中使用兩種不同的催化劑(OER和ORR)還有可能會增加應用成本。因此，研究人員需要制備高效、低成本的空氣陰極電催化劑，以提高ZABs的ORR和OER活性，進而提高ZABs的性能。

基于此，全北國立大學Nam Hoon Kim和Joong Hee Lee(共同通訊)等人制備了獨特的V摻雜Fe₂P/FePO_x@PG晶體/非晶復合納米結構催化劑(V-Fe₂P/FePO_x@PG)，該催化劑具有優異的OER和ORR性能。

為了測試催化劑的ORR性能，本文在飽和N₂和O₂中利用三電極體系對催化劑進行了電化學測試。測試結果表明，在N₂飽和溶液中，催化劑的循環伏安曲線沒有出現氧化還原峰，而在O₂飽和溶液中出現了明顯的峰，這有力的表明了V-Fe₂P/FePO_x@PG催化劑具有較高的ORR活性。

此外，通過線性掃描伏安(LSV)極化曲線可以發現，V-Fe₂P/FePO_x@PG催化劑的半波電位為0.84 V，與Pt/C催化劑的半波電位(0.89 V)相當，并且優于Fe₂P/FePO_x@PG(0.80 V)和PG(0.77 V)。

更加重要的是，V-Fe₂P/FePO_x@PG的擴散限制電流高達約6.03 mA cm^-2，超過了Pt/C(5.45 mA cm^-2)、Fe₂P/FePO_x@PG(4.69 mA cm^-2)以及PG(4.03 mA cm^-2)，這清楚地表明V的摻入可以促進催化劑表面O₂的活化，從而提高催化劑的ORR性能。

催化劑的OER性能對ZABs的充電過程和儲能性能同樣有一定影響。不出所料，V-Fe₂P/FePO_x@PG催化劑表現出270 mV的小OER過電位，這優于最先進的RuO₂(284 mV)，Fe₂P/FePO_x@PG(327 mV)和PG(395 mV)以及文獻中用于OER的其他過渡金屬催化劑。基于V-Fe₂P/FePO_x@PG優異的ORR和OER性能，由V-Fe₂P/FePO_x@PG組成的ZABs也不負眾望的展現出超高的功率密度(137 mW cm^-2)和長期穩定性，優于Pt/C+RuO₂。

之后，本文通過密度泛函理論(DFT)計算，深入理解了V-Fe₂P/FePO_x@PG催化劑的電化學性能，構建并優化了V-FePO₄、V-Fe₂P/FePO₄、V-Fe₂P的結構模型。計算后發現，在費米能級上，V-Fe₂P/FePO₄比V-Fe₂P和V-FePO₄顯示出更高的態密度，這表明異質結構V-Fe₂P/FePO₄具有足夠高的電導率，可以增加電子從核到殼的轉移以及催化劑界面的電荷轉移，這是催化劑展現出優異的催化性能的重要原因之一。

更重要的是，在U=0 V時，V-Fe₂P/FePO₄的速率決定步驟能壘較小，僅為0.32 eV，優于V-Fe₂P(0.65 eV)和V-FePO₄(0.91 eV)，這些結果表明在V-Fe₂P/FePO₄中存在V-Fe₂P和V-FePO₄之間的協同作用，降低了催化劑OER和ORR所需的過電位，進而有效的提高了催化劑的電化學性能。總之，本文的研究結果和制備策略可為設計和開發具有高電化學性能和優異穩定性的雙功能電催化劑提供一種新穎且經濟有效的方法。

Vanadium tunning amorphous iron phosphate encapsulated iron phosphide on phosphorous-doped graphene promoted oxygen reactions for flexible zinc air batteries, Applied Catalysis B: Environmental, 2023, DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122674.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122674.

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