【論文鏈接】
https://doi.org/10.1002/smll.202305390
【作者單位】
云南大學
【論文摘要】
通過一種新穎的超快焦耳加熱技術，定制了一種具有明確FeCoN6部分的FeCo/DA NC催化劑。
該催化劑在堿性環境中表現出優異的氧還原反應活性和穩定性。由FeCo/DA NC驅動的鋅-空氣電池的功率密度和充放電循環性能也超過了Pt/C催化劑。
FeCo/DA NC優良的氧還原反應活性來源于其電荷環境和3d軌道自旋態的顯著變化。這不僅提高了活性中心與含氧中間體之間的結合強度，而且為含氧中間體提供了備用反應中心。此外，各種原位檢測技術表明，四電子氧還原反應的速率決定步驟是*O2質子化。
這項工作為雙金屬催化劑的精確設計和快速制備提供了有力的支持，為理解氧還原反應中的軌道相互作用開辟了新的思路。
【實驗方法】
FeCo/DA NC的合成：
將6.6mg Fe(OH)(OAc)2·nH2O、18.7mg Co(OAc)2·4H2O、69mg 1,10-菲咯啉一水合物和120mg炭黑添加到50ml乙醇中并攪拌30分鐘。然后將溶液離心并真空干燥。將前體粉末負載到碳片上，在兩端施加40V的電壓和360A的電流，并在氬氣氛中進行焦耳加熱。設備監測顯示，樣品在3秒內迅速達到1100℃，約15秒后自然冷卻至室溫。所得松散黑色粉末被命名為FeCo/DA NC。
【圖文摘取】
【主要結論】
采用超快焦耳加熱技術成功制備了FeCo/DA NC催化劑。
與FeN6和CoCoN6結構相比，FeCoN6結構的構建不僅優化了活性中心的電子結構，而且通過Fe和Co金屬之間的級聯機制有效地降低了ORR過程的能壘，從而獲得了良好的ORR能力。
Fe和Co共存的納米結構表現出更明顯的電荷局域化現象和較高的電子自旋構型，有利于含氧中間體的快速吸附和脫附，保證了后續反應步驟的順利進行。此外，原位檢測技術跟蹤了關鍵中間體O2?物種的信號，澄清了ORR FourelEtron過程中的RDS是*O2質子化。
這項工作為快速、精確地設計具有合理電子結構的高效催化劑開辟了一條新的途徑。
