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具有高金屬負載量的單原子催化劑(SAC)的合理設計對于增強金屬-空氣電池和質子交換膜燃料電池(PEMFC)中氧還原反應的緩慢動力學至關重要。

基于此，上海交通大學付超鵬和Jian Yang等提出了一種有效的等離子體工程策略，以在沒有任何酸浸的情況下構建密集分散在多孔氮摻雜碳納米纖維(Fe, Co SAs-PNCF)上且質量負載為9.8 wt%的Fe/Co雙單原子。

等離子體工程可以在N摻雜的碳納米纖維中產生大量缺陷，提供實現高質量負載的可能性。受益于分層多孔纖維結構和Fe-Co雙原子位點的協同效應，Fe, Co SAs-PNCF的ORR性能優于商業Pt/C，在堿性(0.1 M KOH溶液，E_onset=1.04 V和E_1/2=0.93 V)和酸性介質(0.1 M HClO₄溶液，E_onset=0.94 V和E_1/2=0.78 V)中均表現出優異的ORR性能。

更重要的是，加速耐久性試驗(ADT)結果表明，Fe, Co SAs-PNCF在酸性和堿性條件下都具有良好的穩定性。

此外，原位拉曼和原位XAS的結合揭示了活性位點的動態結構和價態變化。理論計算進一步表明，內在缺陷通過降低ORR過程中O*解離步驟的能壘來促進原子N₃-Fe-Co-N₃雙位點的ORR活性。

受益于單原子的高負載和增強的活性，Fe, Co SAs-PNCF賦予鋁空氣電池和PEMFC優異的性能，顯示出有前景的實際應用。這項工作不僅為制備具有高質量負載的SAC提供了一種新策略，而且還提供了對SAC在催化ORR中作用的更深入理解。

Rationalization on High-Loading Iron and Cobalt Dual Metal Single Atoms and Mechanistic Insight into the Oxygen Reduction Reaction. Nano Energy, 2021. DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106793

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上交Nano Energy: 高負載雙金屬單原子氧還原反應機制

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