我所開發出石墨烯限域N,O對稱配位不飽和Fe單原子新材料

原文地址：http://www.dicp.cas.cn/xwdt/kyjz/202306/t20230602_6768821.html

　　近日，我所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組（508組）吳忠帥研究員團隊與納米與界面催化研究組（502組）包信和院士團隊合作，在精準限域調控配位不飽和Fe單原子催化劑方面取得新進展，開發出一種石墨烯限域的N,O對稱配位不飽和的Fe單原子新材料，該材料具有超高的氧還原活性，可作為鋅空氣電池的正極催化劑，展示出優異的放電功率密度及穩定性。

　　鋅空氣電池因其較高的理論能量密度（1086Wh/kg）和安全性而備受關注。其中Fe-N配位單原子催化劑被認為是鋅空氣電池氧還原反應中最有前途的商用Pt/C催化劑替代品之一。然而，精確調控Fe單原子的配位構型以提高催化性能仍具有挑戰。

　　本工作中，該團隊通過精確調節配位環境，開發出限制在石墨烯框架內的N,O對稱雙配位不飽和的Fe單原子材料（Fe-N,O/G）。獲得的Fe-N,O/G催化劑表現出0.86V的半波電位，優異的穩定性和甲醇耐受性；以其作為正極催化劑構筑的鋅空氣電池具有164.7mW/cm²的峰值放電功率密度，并且在20mA/cm²下，具有超過150h的放電穩定性，優于商用Pt/C催化劑。理論計算證明，N,O對稱雙配位構型可以有效調節Fe單原子的電子結構及活性位點對中間體的吸附強度，從而提高催化性能。該工作為設計和調控金屬單原子的精確配位環境以實現金屬—空氣電池中催化劑的優化提供了新的思路。

　　相關研究成果以“N,O symmetric double Coordination of Unsaturated Fe Single-Atom Confined within Graphene Framework for Extraordinarily Boosting Oxygen Reduction in Zn-Air Batteries”為題，于近日發表在《能源環境科學》（Energy Environmental Science）上。上述工作得到國家自然科學基金、中科院潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。（文/圖 李月嬌）

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D3EE00747B