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鋅碘電池（ZIBs）是一種很有前景的儲能設備，具有水系電解液和更安全的鋅的獨特特性。然而，其性能仍受多碘化物穿梭和碘物種氧化還原機制不明的限制。

在此，山東大學張進濤教授等人通過將單個鐵原子嵌入具有金屬-氮-碳原子橋接結構的多孔碳中，不僅可以增強限域效應，還可以激發碘的電催化氧化還原轉化，從而實現大容量和良好循環穩定性的ZIBs。

具體而言，作者展示了一種簡便的一鍋法來制備含有鐵與氮原子的原子橋接結構的環狀多孔碳B-Fe-NC。通常，三聚氰胺與三聚尿酸在鐵鹽存在下制備超分子聚合體，隨后的熱解處理導致形成具有Fe-N₄-C原子橋接結構的B-Fe-NC。分層多孔結構為碘物種的受限吸附提供了物理空間，并有效地促進了離子擴散。原位拉曼光譜證明，B-Fe-NC中Fe-N₄-C基團具有良好可逆性的快速反應動力學轉換，結合理論計算表明部分獨特的原子橋接結構不僅增強了I₂物種的化學捕獲，還促進了電催化氧化還原轉化。

圖1. B-Fe-NC制備示意圖及表征

因此，基于B-Fe-NC/I₂電極的ZIB在5 C時經過5000次循環后仍表現出172 mAh g^-1的高比容量。此外，B-Fe-NC/I₂電極即使經過長期測試也能在1.27 V附近保持穩定的電壓平臺，顯示出良好的可逆性和長循環穩定性。循環過程中的平均庫侖效率可達99.7%以上，這可能是由于層狀孔結構的限域作用和Fe-N₄-C的化學吸附對電催化氧化還原反應的促進作用。

更重要的是，基于B-Fe-NC/I₂組裝的軟包電池在2 C下循環300多次后容量保持率為90%。該電池可點亮具有“SDU”形狀的發光二極管（LED，2.2 V），甚至可為風扇供電。這項工作表明，通過將單個金屬原子與氮合理錨定在多孔碳基底中可引發物理化學限域效應，從而增強碘的電催化氧化還原轉化，這對于制造高性能鋅碘電池及其他電池至關重要。

圖2. B-Fe-NC/I₂電極的電化學性能

Physicochemical Confinement Effect Enables High-Performing Zinc–Iodine Batteries, Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c09445

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?山大張進濤JACS：基于物理化學限域效應實現高性能鋅碘電池！

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