Fe-N-C催化剂是锌空气电池(ZAB)中氧电催化反应最有前途的候选者之一,但实现持续的高活性仍然是一个具有挑战性的问题。
在此,中南大学Xiaoqing Qiu,Shanyong Chen证明,将Mn单原子引入Fe-N-C(Mn1@Fe-N-C/CNTs)中可以实现高效且持久的氧电催化性能并在ZAB中应用。
文章要点
1)多重表征证实 Mn1@Fe-N-C/CNTs 具有 Mn-N2O2 和 Fe-N4 位点以及 Fe 纳米粒子。 Mn-N2O2 位点不仅可以调节 Fe-Nx 位点的电子结构以增强本征活性,而且还可以清除 Fe-Nx 位点的自由基攻击,从而提高 ORR 耐久性。因此,Mn1@Fe-N-C/CNTs 比传统 Fe-N-C 催化剂表现出增强的 ORR 性能,与可逆氢电极 (RHE) 相比,E1/2 高达 0.89 V,并在 15 000 CV 后保持 ORR 活性。
2)令人印象深刻的是,Mn1@Fe-N-C/CNTs还表现出优异的OER活性,并且在10 mA cm−2 (Ej10)下ORR的E1/2和OER电势之间的差异(ΔE)仅为0.59 V,优于大多数报道的催化剂。此外,在 ZAB 中证明了 Mn1@Fe-N-C/CNT 的可维持双功能活性,在长达 200 小时的循环电压效率几乎不变。
这项工作凸显了Mn单原子在增强ORR活性和稳定性方面的关键作用,促进了先进催化剂的发展。
参考文献
Lan Ran, et al, Mn Single-Atom Tuning Fe-N‑C Catalyst Enables Highly Efficient and Durable Oxygen Electrocatalysis and Zinc−Air Batteries, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c09100
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09100