经过异质工程改造的Fe2N/CrNx材料，通过加速质子耦合电子转移机制，显著提升了铝空气电池中的氧气还原效率

《Advanced Materials》：Heteroengineered Fe2N/CrNx with Accelerated Proton-Coupled Electron Transfer for Efficient Oxygen Reduction in Aluminum-Air Batteries

氧还原反应动力学缓慢制约了可再生能源技术发展。本研究通过异质结构工程构建Fe?N/CrN?@NC催化剂，其中CrN?促进水分解离，与Fe?N纳米颗粒协同优化氧中间体吸附。原位表征及理论分析证实Fe?N-CrN?界面对质子耦合电子转移至关重要，使催化剂在0.1 M KOH中半波电位达0.935 V（超越Pt/C），铝空气电池应用中实现100 mA cm?2下2286 mA h gAl?1的高容量。该异质结构工程策略通过协同调控水分解离和中间体吸附，为高效铝空气电池阴极设计提供新范式。

　　

摘要

氧还原反应（ORR）的动力学过程缓慢，这阻碍了可再生能源技术的广泛应用。本文介绍了一种异质结构的Fe₂N/CrN_x@NC催化剂，其中CrN_x团簇促进了H₂O的解离，并与Fe₂N纳米颗粒协同作用，优化了氧中间体的吸附过程，这些过程均发生在掺氮的碳基质中。通过原位拉曼光谱、红外光谱、动力学同位素效应测量以及理论分析进一步证实了CrN_x的协同效应；这些研究结果表明，复杂的Fe₂N–CrN_x界面在加速质子耦合电子转移过程中起着关键作用。因此，Fe₂N/CrN_x@NC在0.1摩尔/升KOH溶液中表现出0.935伏的半波电位，优于Pt/C催化剂。当作为铝空气电池的正极使用时，该催化剂在100毫安/平方厘米的电流密度下可实现高放电电压，并具有2286毫安时/克铝的出色比容量。这种异质结构工程策略通过协同调控水解离和中间体吸附过程，为高效铝空气电池正极的设计提供了通用范例。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。