具有CrCo纳米粒子的单原子Co-N₄站点用于金属空气电池驱动的进化

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:

• 开发地球上丰富的三功能电催化剂来储存和转换能源至关重要,但具有挑战性.
• 现有的催化剂往往缺乏要求高的应用程序所需的活性和稳定性.

研究的目的:

• 使用地球上丰富的材料设计和合成一种高度活跃和强大的三功能电催化剂.
• 为了研究新催化剂的电催化性能,用于进化,氧进化和氧减少反应.
• 评估其在可充电Zn-空气电池和自动驱动水分系统中的应用.

主要方法:

• 在低化温度 (550°C) 下合成三功能电催化剂 (CrCo/CoN₄@CNT-5).
• 催化剂的特征包括Co-N₄单个原子和CrCo合金纳米粒子.
• 在性介质中对演变反应 (HER),氧演变反应 (OER) 和氧减少反应 (ORR) 的电化学测试.
• 组装和测试液体可充电Zn-空气电池和自动驱动的水分系统.

主要成果:

• CrCo/CoN₄@CNT-5催化剂在≤1.60V的低电池电压下实现了10mA cm^{-2的电流密度,用于整体的水分裂.}
• 在一个Zn-空气电池中,催化剂表现出高开通电路电压和优越的循环耐用性,与商业Pt/C+IrO₂相比.
• 采用Zn-空气电池驱动的水分系统显示了168μmolh-1的高H2演化率.
• 理论计算证实了Co-N₄位点和CrCo纳米粒子之间的协同相互作用,增强了H₂进化动力学.

结论:

• 合成的CrCo/CoN₄@CNT-5催化剂是一种高度活跃和强大的三功能电催化剂.
• 少量的Cr的存在显著提高了催化活性和耐久性.
• 这项工作为设计多功能电催化剂提供了一个有希望的策略,用于高效和长期的进化应用.