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三單位聯(lián)合ACS Nano: 一石二鳥(niǎo)！多種摻雜劑同時(shí)改善ORR和增強(qiáng)催化劑錨定強(qiáng)度

介孔碳負(fù)載的非貴金屬催化劑被認(rèn)為是提高金屬-空氣電池氧還原反應(yīng)(ORR)活性的有效催化劑。然而，由于催化劑在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)脫離碳基體而導(dǎo)致催化劑活性下降。

基于此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)林熹、胡凱龍、上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院羅敏和上海交通大學(xué)Kolan Madhav Reddy等利用MnS納米顆粒與碳表面N，S摻雜劑的相互作用，在MnS/碳界面上形成了Mn-N和Mn-S鍵，這也使得MnS牢牢錨定在介孔碳骨架上。

所制備的MnS/NS-C電催化劑在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)異的ORR性能，起始電位(E_onset)和半波電位(E_1/2)分別為1.07 V_RHE和0.88 V_RHE，遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè)20% Pt/C。

在0.6 V_RHE的電位下，MnS/NS-C連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)后仍保留88.3%的初始電流，表現(xiàn)出極好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

此外，MnS/NS-C經(jīng)過(guò)1000和5000個(gè)CV循環(huán)后，E_1/2值僅分別下降3 mV和10 mV，這也證實(shí)了其優(yōu)異的耐久性。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，N，S摻雜調(diào)整了MnS/碳界面的電荷分布，導(dǎo)致碳載體上的電荷積累和局域化，降低了Mn的d帶中心，促進(jìn)了氧中間體在Mn位點(diǎn)上的吸附，降低決速步的能壘。

此外，實(shí)使用MnS/NS-C組裝的柔性鋁-空氣電池的峰值功率密度為134.6 mW cm^-2，在35 h后仍能穩(wěn)定放電。為了驗(yàn)證組裝電池的靈活性，在0°、60°、120°和180°彎曲的情況下，鋁-空氣電池放電性能沒(méi)有受到明顯影響，這顯示出其作為柔性器件的巨大潛力。

Simultaneous Improvement of Oxygen Reduction and Catalyst Anchoring via Multiple Dopants on Mesoporous Carbon Frameworks for Flexible Al-Air Batteries. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c08332

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