【論文鏈接】
https://doi.org/10.1002/smll.202305390
【作者單位】
云南大學(xué)
【論文摘要】
通過(guò)一種新穎的超快焦耳加熱技術(shù)，定制了一種具有明確FeCoN6部分的FeCo/DA NC催化劑。
該催化劑在堿性環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。由FeCo/DA NC驅(qū)動(dòng)的鋅-空氣電池的功率密度和充放電循環(huán)性能也超過(guò)了Pt/C催化劑。
FeCo/DA NC優(yōu)良的氧還原反應(yīng)活性來(lái)源于其電荷環(huán)境和3d軌道自旋態(tài)的顯著變化。這不僅提高了活性中心與含氧中間體之間的結(jié)合強(qiáng)度，而且為含氧中間體提供了備用反應(yīng)中心。此外，各種原位檢測(cè)技術(shù)表明，四電子氧還原反應(yīng)的速率決定步驟是*O2質(zhì)子化。
這項(xiàng)工作為雙金屬催化劑的精確設(shè)計(jì)和快速制備提供了有力的支持，為理解氧還原反應(yīng)中的軌道相互作用開(kāi)辟了新的思路。
【實(shí)驗(yàn)方法】
FeCo/DA NC的合成：
將6.6mg Fe(OH)(OAc)2·nH2O、18.7mg Co(OAc)2·4H2O、69mg 1,10-菲咯啉一水合物和120mg炭黑添加到50ml乙醇中并攪拌30分鐘。然后將溶液離心并真空干燥。將前體粉末負(fù)載到碳片上，在兩端施加40V的電壓和360A的電流，并在氬氣氛中進(jìn)行焦耳加熱。設(shè)備監(jiān)測(cè)顯示，樣品在3秒內(nèi)迅速達(dá)到1100℃，約15秒后自然冷卻至室溫。所得松散黑色粉末被命名為FeCo/DA NC。
【圖文摘取】
【主要結(jié)論】
采用超快焦耳加熱技術(shù)成功制備了FeCo/DA NC催化劑。
與FeN6和CoCoN6結(jié)構(gòu)相比，F(xiàn)eCoN6結(jié)構(gòu)的構(gòu)建不僅優(yōu)化了活性中心的電子結(jié)構(gòu)，而且通過(guò)Fe和Co金屬之間的級(jí)聯(lián)機(jī)制有效地降低了ORR過(guò)程的能壘，從而獲得了良好的ORR能力。
Fe和Co共存的納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更明顯的電荷局域化現(xiàn)象和較高的電子自旋構(gòu)型，有利于含氧中間體的快速吸附和脫附，保證了后續(xù)反應(yīng)步驟的順利進(jìn)行。此外，原位檢測(cè)技術(shù)跟蹤了關(guān)鍵中間體O2?物種的信號(hào)，澄清了ORR FourelEtron過(guò)程中的RDS是*O2質(zhì)子化。
這項(xiàng)工作為快速、精確地設(shè)計(jì)具有合理電子結(jié)構(gòu)的高效催化劑開(kāi)辟了一條新的途徑。
