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广州大学&郑州大学Angew：MnO纳米簇的原子分散限域Fe增强碱性ORR活性和稳定性

纳米技术
2025-05-13


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过渡金属氧化物电催化剂在氧还原反应（ORR）中有望取代昂贵的贵金属。广州大学刘兆清教授、郑州大学张佳楠教授等报道提出了一种简单的金属原子定位策略，将原子分散的铁限制在MnO纳米团簇中，这些纳米团簇分散并固定在高导电性的碳载体（MF/CN）上。

本文要点：

（1）

实验和理论计算结果表明，微量Fe（III）离子掺杂到MnO纳米团簇中，可诱导电荷转移和自旋态跃迁，引发蝴蝶效应，获得丰富的单电子eg组态活性Mn（III）和增强的内电场（BIEF），极大促进ORR反应含有O的中间体的吸附和脱附，促进界面电子转移，并且提高电导率。

（2）

结果表明，优化后的MF0.04/CN具有良好的碱性ORR活性（半波电位为0.79 V vs. RHE）和稳定性（30 h电流保持率接近100%）。MF0.04/CN在锌-空气电池中实现了优异的功率密度（138 mW cm-2）和优异的耐用性（10 mA cm-2时达到>666 h）。

这一发现有助于开发通过调整eg轨道占用率和内建电场强度built-in electric field（BIEF），开发高性能的金属氧化物异质界面设计策略，加深人们对于反应机理的理解。

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参考文献

Meng Dan, Xiting Zhang, Congyi Du, Zhen Guo, Jianan Zhang, Zhao-Qing Liu, Atomically Dispersed Fe Confined into MnO Nanoclusters Enhances Alkaline Oxygen Reduction Activity and Stability, Angew. Chem. Int. Ed. 2025

DOI: 10.1002/anie.202501531

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202501531




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