催化 由 X-MOL发布于 2019-01-05燃料电池以及各种金属-空气电池因其超高的能量密度和环境友好无污染废气排放等优点，引起科研工作者的广泛研究。发展高活性、低成本的非贵金属催化剂对于燃料电池及金属-空气电池的大规模制备与应用具有重大意义。其中，基于金属-氮-碳（M-Nx -C）结构的单金属或者双金属催化剂体系，因其较低成本及相对高的催化活性引起人们的广泛关注。目前对于这类催化剂的研究，多局限于Fe、Co、Ni等元素。在体系中引入其他过渡金属，探索更多双金属体系的结构，并深入研究其在氧还原反应中的催化作用机制，不仅有助于进一步加深对M-Nx -C体系催化机理的理解，同时也为新型催化剂的设计提供更多的可能性，具有重要的理论和实际意义。

近日，燕山大学赵玉峰教授（点击查看介绍）课题组与加拿大西安大略大学孙学良教授（点击查看介绍）课题组、天津理工大学罗俊教授（点击查看介绍）课题组、上海光源姜政（点击查看介绍）课题组合作，基于竞争配位策略制备了一种均匀分散的Zn/Co-Nx -C双原子高效氧还原催化剂。高角环形暗场扫描隧道显微镜HAADF-STEM结合X射线吸收精细结构谱（XAFS）表征证实了Zn-Co双原子对的存在形式为ZnCoN6。密度泛函理论计算表明ZnCoN6双原子对可以使O-O键显著增长，由原来的1.23 ?增加到1.42 ?，从而有利于O-O键的断裂。理论计算和原位XANES测试进一步证实钴原子为该ZnCoN6双原子结构的活性中心，并且这种结构在长循环测试后仍然稳定存在。基于这种高活性的Zn-Co双原子对活性位点，该催化剂在碱性（起始电位：1.004 V，半波电位：0.861 V）以及酸性条件下（起始电位：0.97 V，半波电位：0.796 V）均表现出十分优异的催化活性和稳定性。将该催化剂应用于锌-空气电池表现出230 mW cm-2的最大功率密度，在H2/O2燃料电池中表现出705 mW cm-2（约为商业Pt/C的78%）的功率密度，并且经过八小时的稳定性测试未表现出活性的衰减。以上结果表明该催化剂在燃料电池以及金属空气电池中具有巨大的实际应用潜力。

该研究工作对于大批量制备高活性的双原子催化剂提供了一个借鉴，此外详细的表征与理论计算结合对于理解双原子催化剂的活性起源提供了更为深入的理解，为其他电催化催化剂的合成制备与机理探讨也有重要的指导意义。相关文章发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201810175

该论文作者为：Ziyang Lu, Bo Wang, Yongfeng Hu, Wei Liu, Yufeng Zhao, Ruoou Yang, Zhiping Li, Jun Luo, Bin Chi, Zheng Jiang, Minsi Li, Shichun Mu, Shijun Liao, Jiujun Zhang, Xueliang Sun，Isolated Zn-Co Atomic Pair for Highly Active and Durable Oxygen Reduction

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201810175

原文l链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201810175