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2023年3月17日
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2023年3月18日
2023年3月20日
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王定胜/雷永鹏Angew.:Fe-Se/NC助力低温可再充电ZABs
PDR
催化开天地
2023-03-17
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近日,
清华大学王定胜副教授和中南大学雷永鹏教授(共同通讯作者)等人
报道了一种由N掺杂碳负载的原子分散的Fe-Se原子对(Fe-Se/NC),成功地构建了双功能电催化剂。制备的Fe-Se/NC显示出优异的双功能氧催化性能,具有0.698 V的低电位差,远优于已报道的Fe基单原子催化剂。
基于Fe-Se/NC的固态可再充电Zn-空气电池(ZABs-Fe-Se/NC)在25 ℃下,电流密度为20 mA/cm
2
时,稳定充放电200 h(1090次循环),是ZABs-Pt/C+Ir/C的6.9倍。在-40 ℃的极低温度下,ZABs-Fe-Se/NC在1 mA/cm
2
下显示出741 h(4041次循环)的超强循环性能,约为ZABs-Pt/C+Ir/C的11.7倍。更重要的是,即使在5 mA/cm
2
下,ZABs-Fe-Se/NC也可以运行133 h(725次循环)。
作者通过原子理论计算进一步模拟了ORR过程,并研究了Fe-Se/NC优异催化活性的来源。其中,Fe-Se/NC、Fe/NC和Se/NC催化剂对氧气的吸附能分别为-1.35 eV、-0.33 eV和-0.28 eV。
Fe-Se/NC对O
2
的吸附能最强,Fe-O键最短(1.93 Å),表明其在原子对位点上的吸附过程最为有利。对比Fe/NC(1.28 Å)和Se/NC(1.29 Å)体系,Fe-Se/NC体系的O-O键延伸度最大(1.32 Å),表明Fe-Se双原子位点有利于O
2
分子的键断裂。
通常,ORR反应由四个基本步骤组成。Fe-Se/NC、Fe/NC和Se/NC在0 V和0.46 V下ORR的能量计算图如图所示。Fe-Se/NC结构中的Fe位比Fe/NC(1.12 eV)和Se/NC(1.07 eV)的过电位最低,为0.87 eV,表明具有p-d轨道杂化的Fe-Se原子对有利于ORR。
Synergistic Fe-Se Atom Pairs as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts Boost Low-Temperature Rechargeable Zn-Air Battery.
Angew. Chem. Int. Ed.,
2023
, DOI: 10.1002/anie.202219191.
https://doi.org/10.1002/anie.202219191.
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