轴向O配位单原子Fe催化剂

半波电位超商用Pt/C

利用预氧化策略构建Fe-N₄O₁配位的单原子催化剂，轴向氧配位显著优化了对氧中间体的吸附，使ORR活性和锌空电池功率密度大幅超越商业Pt/C。

Zhu, Enze · Chenghong, Sun · Shi, Chaoyang · Jie, Yu · 杨喜昆 · 徐明丽

Chemical Engineering Journal 2023

具体参数

半波电位

{'zh': '30', 'en': '30'} mV

动力学电流密度

{'zh': '7.4', 'en': '7.4'} (× Pt/C)

大电流过电位优势

{'zh': '340', 'en': '340'} mV

最大功率密度

{'zh': '205.8', 'en': '205.8'} mW cm⁻²

能量密度

{'zh': '1024.9', 'en': '1024.9'} Wh kg⁻¹

技术优势

活性全面超越Pt/C

轴向氧配位使Fe的d带中心远离费米能级，获得适中的氧吸附能，从而半波电位比Pt/C高30 mV，动力学电流密度达7.4倍。

大电流放电优势突出

在GDE半电池中，350 mA cm⁻²高电流密度下的过电位比Pt/C低340 mV，显著降低了高负载下的能量损失。

锌空电池性能突破

基于该催化剂的锌空电池实现了205.8 mW cm⁻²的峰值功率密度和1024.9 Wh kg⁻¹的高能量密度，远超Pt/C。

应用场景

• 燃料电池阴极催化剂：替代Pt/C，降低燃料电池阴极成本，同时提升ORR活性和稳定性。
• 金属空气电池空气阴极：用作锌空电池空气阴极，大幅提高功率和能量密度，实现高倍率放电。
• 氧还原电催化材料：作为高效ORR电催化剂，适用于碱性介质中的氧还原反应，性能优于商业Pt/C。
• 单原子电催化剂：展示轴配位工程对单原子活性的调控作用，推动高性能单原子催化剂的设计。
• 非贵金属单原子催化剂：提供一种非贵金属Fe基单原子催化剂，以替代稀缺昂贵的铂族金属。