刘习奎课题组AEM：ΔE为0.59 V！具有Fe−N4和NiOx纳米粒子的FePc-PI用于可逆氧电催化

锌-空气电池因其潜在的高能量密度、优异的安全性、低成本和环境友好性而受到人们的广泛关注。迄今为止，最先进的Pt和Ru(Ir)基催化剂分别在催化氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)方面具有最高的活性，但它们的高成本、稳定性差和单功能活性的缺点限制了它们潜在的商业化应用。因此，设计和开发高效、耐用和廉价的加速缓慢氧反应动力学的双功能电催化剂是非常可取的。

许多研究表明ORR/OER双功能电催化性能与其化学和物理结构密切相关，但目前许多氧电催化剂是通过高温热解产生的，这可能导致不良的结构变化和破坏原有的精细结构，使电催化机制不明晰。因此，构建无裂解非贵金属双功能电催化剂的明确结构，以可控的方式获得优异的活性具有重要意义。

基于此，四川大学刘习奎课题组通过原位生长在KB载体上构建了一种具有Fe−N₄位点的新型的亚胺连接的金属酞菁骨架(FePc-PI)，并引入超细氧化镍纳米颗粒(NiO_x@FePc-PI/KB)以诱导ORR和OER的双功能电催化活性。

酞菁分子与共轭多孔扩展结构的结合使得原子分散的Fe−N₄位点得以均匀分布；丰富的氧官能团和微孔结构有助于超细氧化镍纳米颗粒的高度分散，从而为ORR和OER构建了一个双功能活性中心。

实验结果表明，所制备的NiO_x@FePc-PI/KB催化剂具有超高的可逆氧双功能活性，其ΔE仅为0.59 V，明显优于Pt/C + RuO₂(ΔE=0.77 V)和目前报道的大多数双功能电催化剂。此外，利用NiO_x@FePc-PI/KB催化剂组装的可充电锌-空气水电池具有232.9 mW cm⁻²的高峰功率密度和1400次循环的长期循环耐久性；同时，组装的柔性全固态锌-空气电池在不同的平/弯/平状态下表现出稳定的循环性能，展示了其在实际应用中的良好前景。

总之，这项工作通过同时引入单原子和纳米粒子来调整高效催化剂的电子结构，刷新了双功能氧电催化的记录，展示了有机共轭材料在实用价值可持续能量转换和存储设备方面的应用潜力。

A Stable Imide-Linked Metalphthalocyanine Framework with Atomically Dispersed Fe-N₄ Sites and Ultrafine Nickel Oxide Nanoparticles to Boost Reversible Oxygen Electrocatalysis with a Record-Low ΔE of 0.59 V. Advanced Energy Materials, 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300325

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刘习奎课题组AEM：ΔE为0.59 V！具有Fe−N4和NiOx纳米粒子的FePc-PI用于可逆氧电催化

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