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柔性準(zhǔn)固態(tài)鋅空氣電池安全性高，制備簡(jiǎn)便，被認(rèn)為是下一代可穿戴設(shè)備的潛在動(dòng)力源，其中貴金屬催化劑（如 Pt族）在催化氧還原反應(yīng)（ORR）仍占主導(dǎo)地位，開(kāi)發(fā)一種高效、易于制造的非貴金屬電催化劑對(duì)于ORR至關(guān)重要。

圖1. Fe₁/d-CN催化劑的制備過(guò)程及表征

在此，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士、韓云虎教授等人開(kāi)發(fā)了一種雙層 ZIF-8（一種類(lèi)沸石結(jié)構(gòu) MOF）的策略制備了單原子Fe催化劑 Fe₁/d-CN。

Fe₁/d-CN催化劑在通用pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR活性，尤其是在堿性電解液中，其半波電位為 0.950 V，幾乎超過(guò)了所有報(bào)道的非貴金屬電催化劑和商業(yè)Pt/C（0.863V）。除了在堿性電解液中具有出色的ORR活性外，它還在酸性和中性電解液中具有與商業(yè)Pt/C相當(dāng)?shù)腛RR活性。

圖2. Fe₁/d-CN催化劑的ORR性能

作者推測(cè)優(yōu)異的pH通用ORR性能的來(lái)源可歸因于Fe中心電子結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，而優(yōu)異的電子/質(zhì)子傳輸能力來(lái)自Fe₁/d-CN催化劑的豐富缺陷和分級(jí)多孔特征。更令人興奮的是，該催化劑具有顯著的耐久性，在通用pH介質(zhì)中進(jìn)行30000圈循環(huán)加速耐久性試驗(yàn) (ADT) 后，其活性損失可以忽略不計(jì)。

以Fe₁/d-CN為正極催化劑的柔性準(zhǔn)固態(tài)堿性可充電鋅空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，如1.50 V的高開(kāi)路電壓和78.0 mW cm^-2的峰值功率密度。因此，這項(xiàng)工作不僅為先進(jìn)的ORR單原子催化劑提供了重要的設(shè)計(jì)思路，而且推動(dòng)了柔性電子產(chǎn)品的發(fā)展。

圖3. 柔性準(zhǔn)固態(tài)鋅空氣電池的電化學(xué)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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黃維院士/韓云虎EES：pH通用的單原子Fe催化劑助力鋅空氣電池

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