陈少伟/孙灵娜Small Methods：具有大量活性位点的Fe3O4-x/NC-1000高效电催化ORR
2020-11-10
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锌-空气电池(ZAB)由于具有锌源丰富，成本低，安全性高，且具有高理论能量密度等优点，越来越受到人们的关注。然而，ZAB的实际应用受到了阴极上氧析出/还原反应(OER/ORR)动力学缓慢和高过电位的阻碍。虽然贵金属基纳米颗粒(如Pt、Pd、Ru和Ir)已成为ORR/OER、的首选电催化剂，但其自然稀缺性、高成本和低稳定性显著限制了ZAB的广泛应用。
近日，加利福尼亚大学陈少伟和深圳大学孙灵娜等利用ZIF-8作为模板以及氮和碳源，通过等离子体增强原子层沉积在其上沉积了Fe3O4层，随后在1000 °C下受控热解导致形成高密度的Fe3O4-x团簇，并在N掺杂的石墨碳骨架上产生大量氧空位(Fe3O4-x/NC-1000)。所制备的Fe3O4-x/NC-1000催化剂在碱性和酸性介质中均表现出优异的ORR活性，具有长期稳定性和良好的甲醇耐受性，这明显优于在其他温度下制备的样品。此外，以Fe3O4-x/NC-1000作为空气阴极催化剂的锌-空气电池具有高比容量(691 mA h g-1)，功率密度为158 mW cm-2，以及在5 mA cm-2下具有出色的耐久性和2000次稳定充放电循环超过600小时。实验结果表明，Fe3O4-x/NC-1000显著的ORR活性和锌-空气电池性能归因于Fe3O4-x均匀分散掺杂到石墨碳框架中，从而获得高密度和完全暴露的活性位点，并且产生的丰富氧空位增强了催化剂的导电性和电子转移动力学。该工作的研究结果突出了原子层沉积在制备锌-空气电池高性能催化剂中的独特优势，这也为制备其他高效的催化剂提供了技术指导。Defective Fe3O4-x Few-Atom Clusters Anchored on Nitrogen-Doped Carbon as Efficient Oxygen Reduction Electrocatalysts for High-Performance Zinc-Air Batteries. Small Methods, 2022. DOI: 10.1002/smtd.202200207
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