赵伟等：调控Fe/Co双位点单原子催化剂的协同效应与微环境应用于高性能锌-空气电池

xiajia

可充电锌-空气离子电池具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等优点，其中空气电极中的氧气电催化剂是技术的关键。研究表明，碳材料负载的单原子催化剂对于氧还原（ORR）与氧析出反应（OER）具有较好性能表现。近日，深圳大学赵伟课题组报道了一种利用原子-界面调控的方法，合成了氮/硫掺杂的多孔碳担载的铁/钴双位点单原子催化剂，用作空气电极材料实现了优异的锌-空气电池循环充放电性能。通过多种实验表征技术并结合理论计算，确定了非对称配位的Fe-(N2S)和Co-(N2S)结构提高了电荷转移效率，降低了反应能垒，提升了ORR和OER反应动力学性能，具体情况：ORR的半波电位为879mV，OER的过电位为210mV（j=10mA/cm3）。该研究通过调控单原子活性位点的微环境并同时掺杂第二种金属单原子形成协同双催化效应，达到了优化ORR和OER反应并提升锌-空气离子电池性能的目的，为单原子双催化中心的协同作用相关研究提供了借鉴。

        该研究成果以“Simultaneously Engineering the Synergistic-Effects and Coordination-Environment of Dual-Single-Atomic Iron/Cobalt-sites as a Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries”为题，发表于化学催化核心期刊ACS Catalysis上（ACS Catal. 2023, 13, 2313–2325）。高等研究院的赵伟研究员是该论文的唯一通讯作者，第一作者为深圳大学高等研究院博士后Ghulam Yasin。
       此项研究得到了国家自然科学基金项目和深圳市面上项目的资助，深圳大学为第一完成单位。
        论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05654
        文章来源：深圳大学
        赵伟，深圳大学研究员，深圳大学高等研究院催化与清洁能源技术实验室负责人。其本科和硕士毕业于中国科学技术大学，博士毕业于德国Erlangen-Nuremberg大学物理化学系，并先后在香港科技大学物理系（Nian Lin教授课题组）和美国华盛顿大学化学系（Charles T. Campbell教授课题组）从事博士后工作。所取得的学术成果包括：应用单晶吸附量热技术精确测量重要催化反应中间体（e.g., -OH, -OCH3, -OOCH等） 在常见的过渡金属 （e.g., Ni， Pt）和金属氧化物（e.g., NiO）的化学形成热和键能，以为更好的设计和研发应用于特定催化反应的高效催化剂提供理论指导和依据；首次发现单层石墨烯材料在Ni(111)表面的共存的两种吸附结构，结束了长久以来学术界关于此问题的争论；应用光电子能谱技术研究异原子(N, B) 掺杂对石墨烯材料的电子结构的影响，并总结了调控电子结构的规律和方法；应用STM研究Ullmann聚合反应在BN表面上的反应机理；已经在多种国际著名期刊（JACS，JPCL， ACS Catalysis, PRB)发表文章25篇，其中第一作者或通讯作者为11篇。