Journal of Catalysis：3D氮杂化碳纳米片上原子分散的Fe、Co活性中心协同耦合的双功能电催化助力锌空气电池

Nanoyu

2021-04-11

单原子催化剂（SACs）以其独特的结构在电催化领域备受关注，在长寿命可充电锌空气电池中显示出广阔的应用前景。然而，巧妙的设计和制备双金属SACs以进一步提高双功能电催化活性仍然极具挑战性。

近日，四川大学王瑞林教授，陈金伟副教授报道了通过改性沸石咪唑骨架（SiO₂@Fe-ZIF-8/67），成功制备出原子分散的Fe、Co掺杂三维氮掺杂碳纳米片（A-FeCo@NCNs）。

文章要点

1）3D分级催化剂实现了2D碳纳米片的分散，增加了单原子的负载量，提高了传质能力。而原子分散的Fe和Co掺杂的A-FeCo@NCNs具有较高的比表面积（809.23 m² g^-1），具有微孔结构。3D掺氮碳纳米片包裹了丰富的Fe、Co双金属单原子活性中心，如FeN₄、CoN₄和N₃Fe-CoN₃。

2）得益于活性中心和独特结构的协同耦合作用，A-FeCo@NCNs表现出优异的双功能催化性能：半波电位（^ORRE_1/2）为0.87 V，10 mA cm⁻²时的过电位（^OERE_j=10）为440 mV。过电位间隙（ΔE）为0.80 V，小于集成Pt/C和IrO₂催化剂对的过电位间隙（ΔE=0.84 V）。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明，Fe和Co之间的协同效应将是关键因素。此外，由A-FeCo@NCNs组装的空气正极具有优异的可充电锌空气电池性能，具有较大的功率密度和比容量。锌空气电池在500次循环后表现出优异的循环稳定性。

这项工作为制备原子分散的双金属中心M-N-C催化剂提供了一种极有前途的方法，为探索电催化应用奠定了基础。

参考文献

Y. Luo, J. Zhang, J. Chen, Y. Chen, C. Zhang, Y. Luo, G. Wang, R. Wang, Bi-

functional electrocatalysis through synergetic coupling strategy of atomically dispersed Fe and Co active sites anchored on 3D nitrogen-doped carbon sheets for Zn-air battery, Journal of Catalysis (2021)

DOI：10.1016/j.jcat.2021.03.030

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2021.03.030