在生物仿真3D碳纳米管上存在缺陷的单原子Zn,用于双功能氧气电催化
Zeyu Zhao1, Youpeng Xiong1, Shui Yu1
1Key Laboratory Incubation Base for Green Processing of Chemical Engineering, School of Chemistry and Chemical Engineering/State, Shihezi University, Shihezi 832003, PR China.
Journal of colloid and interface science
|July 15, 2023
概括
原子分散的 (Zn) 单原子催化剂与3D碳纳米管上的缺陷显示出优秀的双功能电催化氧降解 (ORR) 和氧演化 (OER),表现优于. 这些催化剂使高效的气电池成为可能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 单原子催化剂 (SAC) 对于电催化能量转换至关重要.
- 设计可逆氧电催化 (氧减少反应 (ORR) 和氧演化反应 (OER)) 的SAC仍然是一个重大挑战.
研究的目的:
- 综合和描述具有增强双功能ORR/OER活动的新型SAC.
- 研究这些催化剂的结构性能关系,用于能源应用.
主要方法:
- 通过二次热解 (Zn-N-C-2) 在3D生物模拟碳纳米管上合成原子分散的 Zn 与 N 缺陷.
- 对ORR和OER活动的电化学表征.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以了解催化机制.
- 在水性Zn-空气电池 (ZAB) 中组装.
主要成果:
- Zn-N-C-2表现出极好的ORR和OER双功能催化活动.
- 仿生3D结构和"叶-枝"系统有效地暴露了活跃的网站.
- DFT计算显示,Zn-N3-D优化了电荷分布,并促进了电子转移.
- Zn-N-C-2显示出高于Pt/C的ORR活性和低的OER超电位.
- 催化剂在ZAB (>200小时) 中表现出卓越的性能和长期稳定性.
结论:
- 控制合成N-缺陷Zn SACs提供了一个优秀的双功能电催化剂.
- 该研究提供了通过调节局部微环境来深入了解结构-性能关系.
- 这项工作促进了用于能量转换装置的高效电催化剂的开发.
