王定胜教授，最新Angew.！

可充电锌空气电池(ZABs)因其高能量密度(1086 Wh/kg)、天然丰富的锌储量、低成本和高安全性而受到广泛关注。然而，当温度低于0℃时，由于电催化反应动力学的减速和极高的O=O键能值(498 kJ/mol)， ZABs的性能严重恶化。以上问题主要是由于缺乏既能同时加速氧还原反应(ORR)又能长时间持久地加速氧还原反应(OER)双功能电催化剂。为了设计高性能的ORR/OER催化剂已经做了大量的工作但仍有很大的改进空间。

在此，清华大学王定胜教授团队通过构建以氮掺杂碳为载体的原子分散的Fe-Se原子对(Fe-Se/NC)，成功构建了双功能电催化剂。其中，Se被成功地引入到Fe-based单原子催化剂（Fe-Se/NC）中，通过颗粒原子化策略构建原子对电催化剂。获得的Fe-Se/NC显示出优异的双功能氧催化性能，其电位差低至0.698V，远远优于Fe-基单原子催化剂。

此外，Se引入后可通过非常规的p-d轨道杂化来调节Fe位点的电子结构和微环境，从而优化ORR/OER过程中活性位点和中间物之间的吸附/解吸行为。

图1. Fe-Se/NC催化剂结构表征

理论计算结果显示，Fe-Se原子导致了不对称极化电荷分布。基于Fe-Se/NC的固态可充电ZABs（ZABs-Fe-Se/NC）在25 ℃、20 mA/cm²的条件下可稳定循环200小时（1090次），是ZABs-Pt/C+Ir/C的6.9倍。

在-40℃的极低温度下，ZABs-Fe-Se/NC在1 mA/cm²下显示出741小时（4041个循环）的超强循环性能，这大约是ZABs-Pt/C+Ir/C的11.7倍。更重要的是，ZABs-Fe-Se/NC甚至可以在5 mA/cm²下运行133小时（725个循环）。

总之，作者开发了锚定在MOF衍生的分级多孔碳框架中的Fe-Se原子对。受益于Fe和Se原子对之间优化的电子杂化，Fe-Se/NC在已报道的Fe基单原子催化剂中表现出优异的双功能氧气电催化性能。

不对称配位的Fe-Se位点的电子杂化优化了活性位点和中间物之间的吸附/解吸行为。该工作表明作为双功能电催化剂的原子对位点是促进电催化反应的有前途的候选者。

图2. ZABs-Fe-Se/NC的电化学性能

Synergistic Fe-Se Atom Pairs as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts Boost Low-Temperature Rechargeable Zn-Air Battery, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202219191

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