武理/中南AFM：氧化钇纳米团簇修饰催化剂助推锌-空气电池

与氮配位的原子分布过渡金属被认为是一类前景广阔的氧还原反应（ORR）催化剂。

然而，长期以来，Fe-N_x活性位点的无效分布一直是个难题，这导致活性位点密度低、性能不稳定，而这正是下一代ORR电催化剂需要克服的问题。

武汉理工大学唐浩林、中南大学程义、诺森比亚大学Ben Bin Xu等将钇（Y）引入到原子分散的铁（Fe）氮共掺杂碳材料中，使纳米颗粒、纳米团簇和原子位点融为一体，从而赋予了Fe-N₄-Y₂O₃和Fe₄N_0.94-Y₂O₃ （FeY-NC）出色的ORR活性。

在碱性和酸性条件下，FeY-NC的半波电位分别达到0.926和0.809 V。在碱性条件下，0.9 V下的动力学电流密度为31.2 mA cm⁻²，是Fe-NC的7.8倍和Pt/C的32.4倍。

图1. 电催化性能研究

FeY-NC之所以具有如此出色的活性，是因为其产生了原子分布的FeN₄和Fe₄N纳米粒子双活性位点，并在氮掺杂碳（NC）网络上负载了Fe-N_x/Fe₄N_0.94与Y₂O₃纳米团簇之间的协同效应。

在一次锌-空气电池中，FeY-NC的卓越性能得到了验证，其峰值功率密度达到了233 mW cm^-2。

此外，其他稀土元素（如钪和镝）也表现出很高的协同效应，这表明在NC中进行铁与稀土元素共掺杂可为提高ORR性能提供一种有前途的策略。

图2. 锌-空气电池性能

Yttrium Oxide Nanoclusters Boosted Fe-N4 and Fe4N Electrocatalyst for Future Zinc–Air Battery. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202311084

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