低铁-N4负载的碳纳米纤维的三元异原子兴奋剂诱导微环境工程用于双功能氧气电催化
Han Li1,2, Haoyue Zhao2, Guilong Yan3
1JC STEM lab of Sustainable Fibers and Textiles, School of Fashion and Textiles, The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong, 999077, China.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|September 1, 2023
概括
这项研究介绍了一种新型Fe-N-C单原子催化剂与三元合碳纳米纤维,用于增强氧降解和进化反应 (ORR/OER). 优化的Fe协调环境提高了可再生能源设备中的双功能催化活性.
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:
- 高效且耐用的氧化还原双功能电催化剂对于与氧相关的可再生能源技术至关重要.
- Fe-N-C 单原子催化剂显示出有希望的结果,但需要对 Fe 协调环境进行微调,以优化氧减少和演化反应 (ORR/OER).
研究的目的:
- 制定制造一个高效和稳定的Fe-N-C单原子催化剂的战略,为双功能ORR/OER优化Fe协调.
- 调查三元异原子兴奋剂和层次性多孔结构在增强催化活性中的作用.
主要方法:
- 制造一个独立的电催化剂,在N,F和S上有原子分散的Fe位点在三元合的空心碳纳米纤维 (FeN4-NFS-CNF) 上.
- 采用热利性伊米达框架-8 (ZIF-8) 和聚合离子液体 (PIL) 用于Fe站点的双重封闭.
- 通过实验和理论 (计算) 发现进行表征.
主要成果:
- FeN4-NFS-CNF催化剂表现出原子分散的Fe位点 (≈0.89重量%) 与三元异构原子合.
- 三级异质原子修改了Fe活性中心电荷分布,增加了缺陷密度,增强了双功能催化活动.
- 在性介质中达到0.90V的高ORR半波潜力和270mV的低OER超电位.
结论:
- 优化低兴奋剂铁单个原子的微环境是指导双功能催化活动的关键.
- 开发的FeN4-NFS-CNF催化剂在ORR/OER方面表现出了显著的性能,有利于可再生能源应用.
- 双封闭和层次性多孔结构形成的策略是有效的创建先进的单原子催化剂.
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