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柔性準固態鋅空氣電池安全性高，制備簡便，被認為是下一代可穿戴設備的潛在動力源，其中貴金屬催化劑（如 Pt族）在催化氧還原反應（ORR）仍占主導地位，開發一種高效、易于制造的非貴金屬電催化劑對于ORR至關重要。

圖1. Fe₁/d-CN催化劑的制備過程及表征

在此，西北工業大學黃維院士、韓云虎教授等人開發了一種雙層 ZIF-8（一種類沸石結構 MOF）的策略制備了單原子Fe催化劑 Fe₁/d-CN。

Fe₁/d-CN催化劑在通用pH范圍內表現出優異的ORR活性，尤其是在堿性電解液中，其半波電位為 0.950 V，幾乎超過了所有報道的非貴金屬電催化劑和商業Pt/C（0.863V）。除了在堿性電解液中具有出色的ORR活性外，它還在酸性和中性電解液中具有與商業Pt/C相當的ORR活性。

圖2. Fe₁/d-CN催化劑的ORR性能

作者推測優異的pH通用ORR性能的來源可歸因于Fe中心電子結構的調節，而優異的電子/質子傳輸能力來自Fe₁/d-CN催化劑的豐富缺陷和分級多孔特征。更令人興奮的是，該催化劑具有顯著的耐久性，在通用pH介質中進行30000圈循環加速耐久性試驗 (ADT) 后，其活性損失可以忽略不計。

以Fe₁/d-CN為正極催化劑的柔性準固態堿性可充電鋅空氣電池表現出優異的性能，如1.50 V的高開路電壓和78.0 mW cm^-2的峰值功率密度。因此，這項工作不僅為先進的ORR單原子催化劑提供了重要的設計思路，而且推動了柔性電子產品的發展。

圖3. 柔性準固態鋅空氣電池的電化學性能

A pH-universal ORR catalyst with iron single-atom sites derived from double-layer MOF: superior flexible quasi-solid-state rechargeable Zn-air batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01602D

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黃維院士/韓云虎EES：pH通用的單原子Fe催化劑助力鋅空氣電池

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