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南京理工朱俊武/熊攀EnSM：軟模板導(dǎo)向合成Fe-Co雙單原子催化劑助力鋅空氣電池

具有最大化原子利用效率的雙單原子催化劑(DSACs)在很大程度上取決于雙金屬單原子在理想載體上的穩(wěn)定性，例如具有開放雙面表面的二維原子層。然而，金屬-2D載體相互作用的調(diào)節(jié)對(duì)于提高DSACs的催化性能至關(guān)重要，而常規(guī)的 2D原子納米片很少能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

南京理工大學(xué)朱俊武、熊攀等開發(fā)了一種軟模板導(dǎo)向的層間限制策略來(lái)合成 Fe-Co DSAC。

2D軟模板是通過(guò)兩種親分子全氟十四烷酸(PFTA)和硬脂酸(SA)自組裝成層狀膠束而形成的。Fe和Co離子被限制在2D軟模板的夾層和隨后涂覆的聚吡咯(Ppy)層之間。在熱解過(guò)程后，獲得了稱為FeCo-NSC的Fe-Co DSAC，其中Fe和Co單原子通過(guò)與N和S雜原子的配位分別被穩(wěn)定在2D碳納米片上。

與單原子相比，F(xiàn)e和Co雙單原子之間的協(xié)同效應(yīng)可以降低中間體吸收/解吸的能壘，并增強(qiáng)電荷轉(zhuǎn)移以獲得穩(wěn)定和優(yōu)異的氧還原反應(yīng)（ORR）活性。

南京理工朱俊武/熊攀EnSM：軟模板導(dǎo)向合成Fe-Co雙單原子催化劑助力鋅空氣電池

圖1. 材料合成及表征

研究顯示，受益于上述優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)e-Co DSAC表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR電催化活性，半波電位為0.86 V。此外，以FeCo-NSC為正極的鋅-空氣電池具有~1.51 V的高開路電壓和152.8 mW cm^-2的大功率密度，優(yōu)于單金屬Fe和Co SAC。這項(xiàng)工作為合成用于高性能電催化的有效DSAC鋪平了新的途徑。

圖2. 鋅-空氣電池性能

Soft template-directed interlayer confinement synthesis of a Fe-Co dual single-atom catalyst for Zn-air batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.029

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