JACS：超耐用双功能氧电催化剂用于高性能锌−空气电池

Nanoyu

2022-02-02

开发高效、耐用的用于氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的双功能电催化剂是锌-空气（Zn−Air）电池广泛应用的关键。这需要合理筛选目标ORR/OER电催化剂组分，并精确控制其原子和电子结构，以产生协同效应。

近日，天津大学孙洁，清华大学张如范，国家纳米科学中心Ting Tan报道了构建了一种独特的Mn掺杂的RuO₂（Mn-RuO₂）双金属氧化物，其对ORR和OER都表现出了优异的双功能催化性能。

文章要点

1）Mn-RuO₂双金属氧化物中的Mn原子在RuO₂晶格中具有原子分散性，在精确的原子尺度结构控制、高效的Ru和Mn原子电子结构调控、材料的长期稳定性和结构稳定性等方面明显优于先前所报道的双金属氧化物。此外，Ru的价格相对于其他贵金属如Pt、Ir和Pd等而言较低。

2）这种设计合理的Mn-RuO₂催化剂具有较低的过电位和良好的ORR和OER循环稳定性。使用该催化剂的Zn−空气电池避免了采用纯氧化物催化剂引起的碳腐蚀，在低电流密度（10 mA cm⁻²）和超高电流密度（50和100 mA cm⁻²）下均表现出高功率密度、低充放电电压间隙和优异的耐久性。

3）理论计算表明，Mn-RuO₂中Mn和Ru的电子结构可以得到适当的调节，从而有效地提高了双功能催化剂的催化性能。

参考文献

Chenhui Zhou, et al, Superdurable Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for High-Performance Zinc−Air Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.1c11675

https://doi.org/10.1021/jacs.1c11675