了解基于Fe的二元单原子催化剂的双功能趋势
Ruisong Li1, Peng Rao1, Daoxiong Wu1
1State Key Laboratory of Marine Resource Utilization in South China Sea, Hainan Provincial Key Lab of Fine Chemistry, School of Chemical Engineering and Technology, Hainan University, Haikou, 570228, China.
二元单原子催化剂 (BSACs) 显示出对氧反应的增强活性. 在可充电的空气电池中,FeCu-NC催化剂表现出高性能,显示出出色的功率密度和稳定性.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 单原子催化剂 (SACs) 在氧气减少 (ORR) 和进化 (OER) 方面表现有前途.
- 二元单原子催化剂 (BSACs) 与SACs相比提供了增强的活性.
- 了解基于Fe的BSAC中的协同效应对于双功能电催化非常重要.
研究的目的:
- 研究过渡金属与Fe在ORR和OER的BSAC中的协同效应.
- 通过使用DFT建立对FeM BSACs双功能活动的理论理解.
- 为实际应用合成和实验验证FeM BSACs.
主要方法:
- 密度函数理论 (DFT) 计算以建模催化活动,并根据吸附自由能量建立火山关系.
- 简单的可移动类型打印方法,用于合成十种在碳支器 (FeM-NC) 上固定的原子分散的FeM.
- 合成的FeM-NC催化剂用于ORR和OER性能的电化学表征.
主要成果:
- DFT计算揭示了FeM BSACs的火山关系,预测基于过渡金属身份的双功能活动.
- 十个FeM-NC催化剂的实验合成证实了预测的活动趋势,显示了早期和晚期过渡金属之间的多样性.
- 最优的FeCu-NC催化剂显示出高ORR和OER活动,与DFT预测保持一致.
结论:
- FeM BSACs表现出可调节的双功能活性,受Fe和其他过渡金属之间的协同效应的影响.
- FeCu-NC催化剂是可充电的空气电池的高效电催化剂,实现高功率密度 (231 mW cm−2) 和长期稳定性 (>300 h).
- 本研究为设计用于储能应用的先进BSAC提供了理论框架和实验验证.
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