通过协同密度和协调调节,通过生物质衍生的Fe单原子催化剂实现pH-通用氧电解

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 催化剂是一种催化剂.
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 生物质是单原子催化剂 (SAC) 的成本效益高的碳来源.
• 生物质中的高氧含量阻碍了铁 (Fe) 等高氧 afinity 元素的分散.
• 有氧化SACs具有低密度极限的催化应用.

研究的目的:

• 为强大的生物质衍生的Fe-SACs开发一种简单的连续激活 (CA) 方法.
• 为了提高Fe加载密度和调整Fe-O到Fe-N的协调.
• 调查CA对氧降解反应 (ORR) 性能和空气电池效率的影响.

主要方法:

• 开发了一种持续激活 (CA) 方法,用于从可再生生物质合成Fe-SACs.
• 将CA与传统的热解相比较,以获得Fe负载密度和协调环境.
• 使用电化学方法评估pH-普世ORR性能.
• 执行密度函数理论 (DFT) 计算以了解催化机制.
• 在空气电池中测试Fe-SAC,以评估特定容量和寿命.

主要成果:

• CA显著增加了Fe负载密度,从1.13原子/nm2.70升至4.70原子/nm2.
• CA引发了从Fe-O到Fe-N协调的转变.
• 观察到高ORR半波潜力为0.93V (性) 和0.78V (酸性).
• DFT的计算证实了ORR能源障碍的减少,这是由于Fe-N协调的加强.
• 基于Fe-SACs的空气电池实现了792 mA·h·gZn-1的特定容量和超过650小时的寿命.

结论:

• 该CA方法有效地从生物质中合成高负载,强大的Fe-N协调SACs.
• 增强的Fe-N协调对于卓越的pH-通用ORR活性至关重要.
• 通过CA合成的生物质衍生Fe-SAC显示出对高效且持久的空气电池的巨大希望.