王进/李亚栋Angew.：一步形成原子分散的Pt氧化物簇助力超低温Zn-空气电池

在细小的氧化物簇上，锚定原子分散的位点是有吸引力的新型催化材料。基于此，深圳大学王进教授和清华大学李亚栋院士（共同通讯作者）等人报道了一种电脉冲方法，以氮掺杂碳为载体，一步合成各种氧化物团簇上原子分散的Pt（Pt₁-MO_x/CN）。

测试发现，Pt₁-MO_x/CN显示出氧还原反应（ORR）的高活性，半波电位为0.94 V，而原子分散的Pt在大Fe₂O₃纳米颗粒上的催化性能较差。同时，具有Pt₁-MO_x/CN的Zn-空气电池在-40 °C下具有优异的性能，峰值功率密度为45.1 mW cm^-2，循环稳定性达120 h。

DFT计算发现，Pt₁-FeO_x/CN是4e^– ORR途径的四个质子耦合电子转移步骤依次包括将O₂还原为OOH*、O*、OH*和OH^–。其中，OH*解吸是Fe/CN（-0.74 eV）、Pt₁-Fe₂O₃/CN（-0.64 eV）和Pt₁-FeO_x/CN（-0.85 eV）模型上的决定步骤，而Pt/CN（-0.72 eV）上的O*到OH*的步骤是决定步骤。

作者进一步研究了Pt原子为活性位点与氧原子相互作用的模型的部分态密度，表明Pt₁-Fe₂O₃/CN、Pt₁-FeO_x/CN和Pt/CN中Pt原子的d-带中心分别为-2.62、-2.67和-2.86 eV。

Fe K-edge的XANES发现，Pt₁-FeO_x/CN的边缘能量和白线强度略低于Fe₂O₃，表明Pt₁-FeO_x/CN中高度不饱和Fe物种的氧化状态较低。在Pt L₃-edge XANES中，Pt₁-FeO_x/CN的边缘能量低于Pt₁-Fe₂O₃/CN，表明Pt₁-FeO_x/CN中未被占据的Pt 5d态的能级更低。Pt₁-FeO_x/CN中Pt的价为~+1.8，并且通过FeO_x的电荷转移，Pt₁-FeO_x/CN中的Pt价降至~+1.4。

Electrical Pulse Induced One-step Formation of Atomically Dispersed Pt on Oxide Clusters for Ultra-Low-Temperature Zinc-Air Battery. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202213366.

https://doi.org/10.1002/anie.202213366.

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王进/李亚栋Angew.：一步形成原子分散的Pt氧化物簇助力超低温Zn-空气电池

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