陈忠伟/刘桂华/武兰兰Adv. Sci.: 结构调控加掺杂，性能提升顶呱呱！3DOM Fe/Co@NC-WO2- x用于锌空电池

氧还原反应(ORR)是如燃料电池和金属-空气电池等许多电化学能量转换技术中的重要过程。然而，阴极发生的ORR反应是一个多步过程，并且动力学缓慢，这限制了燃料电池和金属空气电池的输出功率。因此，催化剂的合理设计对于开发稳定高效的氧还原反应(ORR)至关重要。

近日，滑铁卢大学陈忠伟、河北工业大学刘桂华和武兰兰等制备了一种高效且稳定的3D有序大孔结构ORR催化剂，该催化剂由负载在缺陷氧化钨上的二元Fe/Co纳米团簇和N掺杂的碳层组成(3DOM Fe/Co@NC-WO_{2- x})。

3DOM结构的设计不仅提供了高表面积以暴露活性位点，而且还加速了固体-电解质-气体反应界面处的质量传递。

另外，NC-WO_{2- x}载体提高了催化剂的导电性，同时为负载的Fe/Co纳米团簇提供了丰富的锚定位点。拉曼、电子顺磁共振(EPR)和X射线光电子能谱(XPS)分析证明，与未经氨处理的样品(3DOM Fe/Co@C-WO_{2- x})相比，氨处理会导致更多缺陷，从而促进ORR活性。

此外，密度泛函理论(DFT)计算表明，与单金属Fe或Co在N掺杂WO_2-x载体上的催化剂(3DOM Fe@NC-WO_2-x和3DOM Co@NC-WO_2-x)相比，二元Fe和Co在N掺杂WO_2-x载体上的协同作用可以降低关键ORR反应步骤的能量，导致了3DOM Fe/Co@NC-WO_2-x催化剂的高活性。

因此，优化的3DOM Fe/Co@NC-WO_2-x的ORR半波电位E_1/2为0.87 V，与Pt/C相当。值得注意的是，采用3DOM Fe/Co@NC-WO_2-x作为正极的锌-空气电池(ZAB)的性能显着提高，比容量为757 mA hg_Zn^-1，能量密度为968.96 Wh kg^-1，优于Pt/C基准催化剂。该工作为合理设计具有高效和持久ORR反应的金属氧化物负载二元金属基电催化剂提供了一种新思路。

Synergistic Binary Fe-Co Nanocluster Supported on Defective Tungsten Oxide as Efficient Oxygen Reduction Electrocatalyst in Zinc-Air Battery. Advanced Science, 2021. DOI: 10.1002/advs.202104237

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陈忠伟/刘桂华/武兰兰Adv. Sci.: 结构调控加掺杂，性能提升顶呱呱！3DOM Fe/Co@NC-WO2- x用于锌空电池

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