河南
近日，郑州大学化工学院张冰教授课题组在双原子催化剂研究领域取得重要进展。研究团队通过精确设计和深入解析双原子催化剂的构型，成功制备出一系列非对称硒基双原子催化剂。该催化剂在电化学氧还原和锌-空气电池中表现出优异的性能。
由于具有协同作用，双原子催化剂（DACs）因其明确定义的活性位点而受到广泛关注。然而，为了进一步构建明确的双原子位点并理解其在多步骤催化反应中的协同作用，仍需进行更多的实验研究和理论分析。为此，研究团队精确设计了一系列基于硒的不对称双原子催化剂，包括异核SeN2–MN2（M=Fe、Mn、Co、Ni、Cu、Mo等）活性位点，以提高氧还原反应（ORR）的效率。在这些设计的基于硒的双原子催化剂中，硒-铁双原子催化剂在碱性ORR中表现出优异的性能，其半波电位达到0.926 V（相对于可逆氢电极）。此外，基于SeN2–FeN2的锌-空气电池具有高比容量（764.8 mAh g−1）和最大功率密度（287.2 mW cm−2）。光谱表征和理论计算表明，异核硒原子通过短程调节有效极化了其他金属原子的电荷分布。此外，与单原子位点Se或Fe相比，SeFe双原子位点通过*O中间体的共吸附，显著降低了从*O到*OH的转换能量障碍。本研究为设计异核双原子催化剂以提高ORR效率提供了新的视角。
硒铁双原子催化剂的合成示意图
研究成果以“Precisely designing asymmetrical selenium based dual-atom sites for efficient oxygen reduction”为题发表在国际权威期刊《Nature Communications》上。郑州大学化工学院为第一单位，王孝臣博士生为论文第一作者，郑大尚会姗副研究员、清华大学罗璇博士和北京理工大学陈文星教授为共同通讯作者。
该研究得到了国家区域创新发展联合基金重点项目和国家自然科学青年基金等资助。
本文来源：郑州大学
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