温和的氧还原和析出反应 (ORR 和 OER) 极大地阻碍了用于锌空气电池等应用的高性能双功能单原子催化剂的开发。
在此，东北石油大学Zhijun Li，哈尔滨师范大学Xinzhi Ma，南京信息工程大学Yu-Jia Tang报道了一种旨在克服这些限制的双功能氧电催化剂。该催化剂由分散良好的低核度 Co 团簇和相邻的 Co 单原子组成，位于氮掺杂碳基质 (CoSA+C/NC) 上。
文章要点
1）通过这些 Co 物种之间的强电子相互作用实现精确定制的不对称电子结构。 Co 团簇优化了含氧中间体在单原子 Co 位点上的吸附/解吸强度，使其在碱性条件下具有出色的活性，半波电位 (E1/2) 为 0.91 V，10 mA cm−2 时的过电位 (η) 为 340 mV。
2） CoSA+C/NC 组装的锌空气电池实现了 284.1 mW cm−2 的高功率密度和 400 小时的长使用寿命，优于基准 Pt/C + RuO2。实验结果和理论分析表明，增强的双功能活性源于 Co 团簇和单原子 Co 位点之间的协同相互作用。因此，*OH 的过度结合受到抑制，*OH 的去除速度加快。
这项工作建立了具有强电子相互作用的多相金属物种先进电催化剂的设计原理。
参考文献
Zhijun Li, et al, Electronic Structure Modulation Induced by the Synergy of Cobalt Low-Nuclearity Clusters and Mononuclear Sites for Efficient Oxygen Electrocatalysis, ACS Nano, 2024
DOI: 10.1021/acsnano.4c15035
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15035
