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鋅空氣電池（ZABs）以其高理論比能量密度、低毒性、高豐度和安全性而備受關(guān)注。然而，實現(xiàn)廉價高效的電催化劑以促進其商業(yè)化是仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，鐵基單/雙原子催化劑（SAC/DAC）因為具有最大的原子利用率、優(yōu)異的催化性能和低廉的價格已成為有力候選者。

在此，澳大利亞伍倫貢大學竇士學教授、吳超等人系統(tǒng)地總結(jié)了鐵基SACs/DACs及其在ZABs中應用的研究進展，主要強調(diào)了結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，旨在為未來儲能裝置的空氣電極設計提供指導。

其中，碳材料因其高本征電導率和大比表面積而成為鐵基SAC/DAC的主流選擇，引入多孔結(jié)構(gòu)和N原子是常用的改性方法?？紫恫粌H為反應中間體和最終產(chǎn)物提供更多的轉(zhuǎn)移途徑，還可以提供更多的邊緣位點，有利于單個金屬原子的錨定。

另一方面，吡啶N可以有效地固定孤立的Fe原子形成Fe-Nx，這是目前Fe基SACs/DACs的核心結(jié)構(gòu)。此外，將S、B、P和Si等雜原子引入催化劑是調(diào)整其電子結(jié)構(gòu)和提高其對氧反應的固有活性的簡便方法。與雜原子類似，當不同的單原子金屬位點與單個Fe位點匹配形成DACs時，由于電荷再分配和優(yōu)化費米能級帶來的催化動力學改善，DACs也可以增強ZAB性能。

圖1. 水系ZAB的結(jié)構(gòu)組成

最后，作者總結(jié)了實現(xiàn)高性能ZAB商業(yè)化的挑戰(zhàn)：

（1）應進一步優(yōu)化電催化劑的可控合成和相應的生產(chǎn)成本，尋求新的合成方法來精確控制單個金屬原子的沉積位點并降低能耗對于構(gòu)建高效實用的ZABs空氣電極是必要的。

（2）建立更清晰的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，應進一步研究各種基底和雜原子對電催化劑的影響。

（3）應對結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的機制進行更深入的研究，復雜的協(xié)同效應（孤立的Fe原子、各種類型的多孔結(jié)構(gòu)、不同的雜原子摻雜）影響ORR/OER性能的機制仍有待深入探索。綜上所述，鐵基SACs/DACs 可以作為一種有前途的高性能ZAB空氣電極，其高速發(fā)展可以最終實現(xiàn)ZABs的商業(yè)化。

圖2. 雙原子位點的幾何結(jié)構(gòu)分類及DAC的催化性能

Recent Progress on Fe-Based Single/Dual-Atom Catalysts for Zn–Air Batteries, Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202106635

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竇士學/吳超Small: 用于鋅空氣電池的鐵基單/雙原子催化劑的最新進展

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