黄维院士/韩云虎EES：pH通用的单原子Fe催化剂助力锌空气电池

柔性准固态锌空气电池安全性高，制备简便，被认为是下一代可穿戴设备的潜在动力源，其中贵金属催化剂（如 Pt族）在催化氧还原反应（ORR）仍占主导地位，开发一种高效、易于制造的非贵金属电催化剂对于ORR至关重要。

图1. Fe₁/d-CN催化剂的制备过程及表征

在此，西北工业大学黄维院士、韩云虎教授等人开发了一种双层 ZIF-8（一种类沸石结构 MOF）的策略制备了单原子Fe催化剂 Fe₁/d-CN。

Fe₁/d-CN催化剂在通用pH范围内表现出优异的ORR活性，尤其是在碱性电解液中，其半波电位为 0.950 V，几乎超过了所有报道的非贵金属电催化剂和商业Pt/C（0.863V）。除了在碱性电解液中具有出色的ORR活性外，它还在酸性和中性电解液中具有与商业Pt/C相当的ORR活性。

图2. Fe₁/d-CN催化剂的ORR性能

作者推测优异的pH通用ORR性能的来源可归因于Fe中心电子结构的调节，而优异的电子/质子传输能力来自Fe₁/d-CN催化剂的丰富缺陷和分级多孔特征。更令人兴奋的是，该催化剂具有显著的耐久性，在通用pH介质中进行30000圈循环加速耐久性试验 (ADT) 后，其活性损失可以忽略不计。

以Fe₁/d-CN为正极催化剂的柔性准固态碱性可充电锌空气电池表现出优异的性能，如1.50 V的高开路电压和78.0 mW cm^-2的峰值功率密度。因此，这项工作不仅为先进的ORR单原子催化剂提供了重要的设计思路，而且推动了柔性电子产品的发展。

图3. 柔性准固态锌空气电池的电化学性能

A pH-universal ORR catalyst with iron single-atom sites derived from double-layer MOF: superior flexible quasi-solid-state rechargeable Zn-air batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01602D

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黄维院士/韩云虎EES：pH通用的单原子Fe催化剂助力锌空气电池

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