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由晶格失配應(yīng)變引起的晶體局部原子排列的變化可以有效地調(diào)節(jié)鋅空氣電池（ZAB）電催化劑的性能，這主要是由于調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)配置影響了氧還原和析氧反應(yīng)（ORR和OER）中形成的氧中間體的吸附能。然而，由于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定(如溶解和破壞)引起的應(yīng)變松弛，導(dǎo)致ORR/OER的耐久性不足，使應(yīng)變工程在電催化中的應(yīng)用受到阻礙。

楊陽/谷猛/劉遠(yuǎn)越/馮振興EES: 四單位聯(lián)發(fā)！鋅空氣電池雙功能電催化的摻雜調(diào)節(jié)應(yīng)變控制

圖1. Cu摻雜調(diào)節(jié)的應(yīng)變Cux-CoFS

在此，美國中佛羅里達(dá)大學(xué)楊陽、南方科技大學(xué)谷猛、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校劉遠(yuǎn)越、俄勒岡州立大學(xué)馮振興等人聯(lián)合提出了一種摻雜策略，以使用少量銅 (Cu) 作為摻雜劑來調(diào)節(jié)自支撐氟化鈷 (CoFS) 納米多孔薄膜的相變和形成。

這種定義明確的Cu-CoFS異質(zhì)結(jié)構(gòu)克服了結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的障礙。Cu-CoFS的研究還有助于通過揭示局部應(yīng)變在調(diào)節(jié)催化劑電子結(jié)構(gòu)中的作用來建立應(yīng)變電催化劑的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系。

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圖2. Cu_6.81-CoFS的電化學(xué)和ZABs性能

作為概念驗(yàn)證，Cu-CoFS電催化劑對ORR和OER的起始電位分別為0.91 V和1.49 V，超過了商用Pt/C@RuO₂和基準(zhǔn)的非鉑族金屬（non-PGMs）催化劑。

采用Cu-CoFS催化劑的ZABs具有優(yōu)良的充放電循環(huán)性能，電流密度為10 mA cm^-2時(shí)具有0.5 V的極低充放電間隙，在大電流密度為100 mA cm^-2時(shí)的充放電間隙為0.93 V，峰值功率密度為255 mW cm^-2。

圖3. 應(yīng)變催化劑ORR/OER的反應(yīng)途徑和機(jī)制的理論理解

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

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