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?中南邱曉清/陳善勇ACS Nano：Mn單原子調節Fe-NC催化劑實現高效耐用的氧催化和鋅空氣電池

Fe-NC催化劑是鋅空氣電池（ZAB）中氧電催化反應最有前途的候選者之一，但實現持續的高活性仍然是一個具有挑戰性的問題。

在此，中南大學邱曉清、陳善勇等人將Mn單原子引入Fe-NC（Mn1@Fe-NC/CNTs）中可以實現高效且持久的氧催化性能并在ZAB中應用。研究表明，Mn1@Fe-NC/CNTs具有Mn-N₂O₂和Fe-N₄位點以及Fe納米粒子。Mn-N₂O₂位點不僅可以調節 Fe-Nx 位點的電子結構以增強本征活性，而且還可以清除 Fe-Nx 位點的自由基攻擊，從而提高ORR耐久性。

因此，Mn1@Fe-NC/CNTs比傳統 Fe-NC催化劑表現出增強ORR性能，與RHE相比，E_1/2高達0.89 V，并在15 000 CV后保持ORR活性。最重要的是，Mn1@Fe-NC/CNTs還表現出優異的OER活性，并且在10 mA cm^-2(E_j10)下ORR的E_1/2和OER電勢之間的差異(ΔE)僅為0.59 V，優于大多數報道的催化劑。

圖1. 制備流程及結構表征

總之，該工作通過將Mn單原子引入Fe-NC催化劑（Mn1@Fe-NC/CNTs）中，同時實現了優異的ORR活性和耐久性。Mn單原子與Fe-Nx位點之間的電子相互作用有利于提高ORR本征活性。Fe-Nx位點產生的·HO₂自由基可以被相鄰的Mn-N₂O₂位點迅速清除，從而提高Fe-NC催化劑的耐久性。Mn1@Fe-NC/CNTs 比傳統 Fe-NC 催化劑表現出增強的 ORR 性能，具有高 E_1/2 (0.89 V) 和 E_onset（1.01 V vs. RHE）。

此外，Mn1@Fe-NC/CNTs表現出優異的雙功能活性，ΔE值僅為0.59 V，優于大多數已報道的雙功能氧電催化劑。15000 次 CV 循環后，E_1/2的衰減可忽略不計，僅為14 mV。結果顯示，Mn1@Fe-NC/CNT在ZAB中用作空氣正極，表現出高OCV（1.53 V）和高達200小時的高耐久性。因此，該項工作還為開發用于能源設備應用的先進電催化劑提供了有效的策略，有助于實現低碳和可持續的未來。

圖2. 電化學性能

Mn Single-Atom Tuning Fe-N-C Catalyst Enables Highly Efficient and Durable Oxygen Electrocatalysis and Zinc–Air Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09100

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