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高效、穩(wěn)定的氧還原反應(ORR)催化劑對于金屬-空氣電池和燃料電池技術的發(fā)展至關重要。通常，Pt基材料如Pt/C，由于其足夠優(yōu)異的反應動力學，被認為是最優(yōu)異的ORR催化劑。然而，Pt的稀缺性和高成本限制了其大規(guī)模應用。

近年來，單原子催化劑(SACs)的出現(xiàn)為在原子水平上探索低成本的多相催化劑開辟了新的途徑。與傳統(tǒng)催化劑相比，SACs具有成本低、電子性能可調、原子利用效率高等獨特優(yōu)勢，在各種電催化應用中，尤其是ORR具有很高的應用前景。

基于此，內蒙古大學谷曉俊和香港城市大學樓雄文(共同通訊)等人合理地設計和合成了錨定在N，P共摻雜碳空心納米棒結構上的FeCo催化劑(FeCo-NPC)，該催化劑展現(xiàn)出了優(yōu)異的ORR性能。

為了探究FeCo-NPC及其對比催化劑的電催化性能，本文在0.1 M KOH電解質中進行了電化學ORR測試。在O₂飽和的電解質中，F(xiàn)eCo-NPC的循環(huán)伏安(CV)曲線顯示出了一個明確的陰極峰，其位置接近Pt/C，表明其具有一定的ORR催化能力。

此外，從線性掃描伏安(LSV)曲線可以看出，F(xiàn)eCo-NPC不僅表現(xiàn)出與Pt/C(E_onset=0.99 V_RHE)一樣的高起始電位(E_onset=0.96 V_RHE)，而且還表現(xiàn)出更大的極限電流密度(5.9 mA cm^-2)，這甚至超過了Pt/C(5.4 mA cm^-2)。

更加具體的來說，具有良好ORR活性的FeCo-NPC，其半波電位(E_1/2)為0.83 V_RHE，在0.75 V_RHE時的動力學電流密度(J_k)為34.6 mA cm^-2，優(yōu)于其對比催化劑(FeCo-NC，F(xiàn)e-NPC和FeCo NPs-NPC)，也同時接近商業(yè)Pt/C的性能(E_1/2=0.84 V_RHE，J_k=36.7 mA cm^-2)。上述電化學結果表明，相對于完整的Fe單原子位點，引入獨立的Co原子在提高FeCo-NPC的ORR活性方面起著關鍵作用。

總之，本文通過一種精心設計的植酸輔助模板原子化工藝，成功將原子分散的Fe和Co錨定在N，P共摻雜碳空心納米棒結構上(FeCo-NPC)。電化學測試結果表明，制備的FeCo-NPC催化劑顯著提高了ORR的電催化動力學，表現(xiàn)出較高的ORR半波電位和電流密度。

此外，電化學測試結果和密度泛函理論計算結果還表明，通過引入Co-N/P配位，可以有效地調控FeCo-NPC的電子結構，從而協(xié)同提高其熱力學反應能，大大提高了FeCo-NPC的ORR活性。令人興奮的是，由FeCo-NPC組裝而成的鋅-空氣電池展示了良好的電池性能。綜上所述，這項工作說明了兩個不同原子之間的協(xié)同作用可以用來改善非均相催化劑的電催化活性和動力學，這也進一步促進了催化劑在能量儲存和轉換領域的實際應用。

Atomically Dispersed Fe Sites Regulated by Adjacent Single Co Atoms Anchored on N-P co-doped Carbon Structures for Highly Efficient Oxygen Reduction Reaction, Advanced Materials, 2023, DOI: 10.1002/adma.202306047.

https://doi.org/10.1002/adma.202306047.

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?谷曉俊/樓雄文AM：相鄰Co單原子調控的原子分散Fe位點用于高效氧還原反應

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