杨阳/谷猛/刘远越/冯振兴EES: 四单位联发！锌空气电池双功能电催化的掺杂调节应变控制

由晶格失配应变引起的晶体局部原子排列的变化可以有效地调节锌空气电池（ZAB）电催化剂的性能，这主要是由于调节的电子结构配置影响了氧还原和析氧反应（ORR和OER）中形成的氧中间体的吸附能。然而，由于结构不稳定(如溶解和破坏)引起的应变松弛，导致ORR/OER的耐久性不足，使应变工程在电催化中的应用受到阻碍。

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图1. Cu掺杂调节的应变Cux-CoFS

在此，美国中佛罗里达大学杨阳、南方科技大学谷猛、德克萨斯大学奥斯汀分校刘远越、俄勒冈州立大学冯振兴等人联合提出了一种掺杂策略，以使用少量铜 (Cu) 作为掺杂剂来调节自支撑氟化钴 (CoFS) 纳米多孔薄膜的相变和形成。

这种定义明确的Cu-CoFS异质结构克服了结构不稳定性的障碍。Cu-CoFS的研究还有助于通过揭示局部应变在调节催化剂电子结构中的作用来建立应变电催化剂的结构-性质关系。

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图2. Cu_6.81-CoFS的电化学和ZABs性能

作为概念验证，Cu-CoFS电催化剂对ORR和OER的起始电位分别为0.91 V和1.49 V，超过了商用Pt/C@RuO₂和基准的非铂族金属（non-PGMs）催化剂。

采用Cu-CoFS催化剂的ZABs具有优良的充放电循环性能，电流密度为10 mA cm^-2时具有0.5 V的极低充放电间隙，在大电流密度为100 mA cm^-2时的充放电间隙为0.93 V，峰值功率密度为255 mW cm^-2。

图3. 应变催化剂ORR/OER的反应途径和机制的理论理解

Doping-modulated Strain Control of Bifunctional Electrocatalysis for Rechargeable Zinc-air Batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01271A

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