Mn单原子调Fe-N-C催化剂使高效和耐用的氧气电催化和空气电池成为可能

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:

• 铁-碳- (Fe-N-C) 催化剂在-空气电池 (ZAB) 中显示出氧气电催化剂的前景.
• 在Fe-N-C催化剂中实现持续的高活性和耐用性仍然是一个重大挑战.
• 氧降解反应 (ORR) 和氧演化反应 (OER) 对ZAB的性能至关重要.

研究的目的:

• 为了提高Fe-N-C催化剂的活性和耐用性,用于ZAB中的氧气电催化.
• 为了研究单个 (Mn) 原子在Fe-N-C催化剂中的作用.
• 为了评估Mn-修饰的Fe-N-C催化剂在ZAB中的性能.

主要方法:

• 在碳纳米管 (Mn1@Fe-N-C/CNTs) 上支持单个Mn原子的Mn-Fe-N-C催化剂的合成.
• 电化学表征包括ORR和OER测量.
• 使用确认Mn-N2O2和Fe-N4位点存在的技术进行材料表征.

主要成果:

• Mn1@Fe-N-C/CNTs表现出增强的ORR活性 (E1/2 = 0.89V与RHE) 和优越的耐久性,在15,000个循环后保持活性.
• 催化剂显示出优异的双功能OER活动,ORR和OER之间的电位差异很小 (ΔE = 0.59 V).
• Mn1@Fe-N-C/CNTs在ZAB中表现稳定,保持高达200小时的电压效率.

结论:

• 在Fe-N-C催化剂中的单个Mn原子显著提高了ORR活性和稳定性.
• Mn-N2O2位点在调整电子结构和清除激素方面发挥着至关重要的作用,提高了催化剂的耐用性.
• Mn-Fe-N-C催化剂代表了高性能和持久ZAB的有希望的进步.