近日，清華大學(xué)王定勝副教授和中南大學(xué)雷永鵬教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種由N摻雜碳負(fù)載的原子分散的Fe-Se原子對(duì)（Fe-Se/NC），成功地構(gòu)建了雙功能電催化劑。制備的Fe-Se/NC顯示出優(yōu)異的雙功能氧催化性能，具有0.698 V的低電位差，遠(yuǎn)優(yōu)于已報(bào)道的Fe基單原子催化劑。
基于Fe-Se/NC的固態(tài)可再充電Zn-空氣電池（ZABs-Fe-Se/NC）在25 ℃下，電流密度為20 mA/cm2時(shí)，穩(wěn)定充放電200 h（1090次循環(huán)），是ZABs-Pt/C+Ir/C的6.9倍。在-40 ℃的極低溫度下，ZABs-Fe-Se/NC在1 mA/cm2下顯示出741 h（4041次循環(huán)）的超強(qiáng)循環(huán)性能，約為ZABs-Pt/C+Ir/C的11.7倍。更重要的是，即使在5 mA/cm2下，ZABs-Fe-Se/NC也可以運(yùn)行133 h（725次循環(huán)）。作者通過原子理論計(jì)算進(jìn)一步模擬了ORR過程，并研究了Fe-Se/NC優(yōu)異催化活性的來源。其中，F(xiàn)e-Se/NC、Fe/NC和Se/NC催化劑對(duì)氧氣的吸附能分別為-1.35 eV、-0.33 eV和-0.28 eV。Fe-Se/NC對(duì)O2的吸附能最強(qiáng)，F(xiàn)e-O鍵最短（1.93 ?），表明其在原子對(duì)位點(diǎn)上的吸附過程最為有利。對(duì)比Fe/NC（1.28 ?）和Se/NC（1.29 ?）體系，F(xiàn)e-Se/NC體系的O-O鍵延伸度最大（1.32 ?），表明Fe-Se雙原子位點(diǎn)有利于O2分子的鍵斷裂。通常，ORR反應(yīng)由四個(gè)基本步驟組成。Fe-Se/NC、Fe/NC和Se/NC在0 V和0.46 V下ORR的能量計(jì)算圖如圖所示。Fe-Se/NC結(jié)構(gòu)中的Fe位比Fe/NC（1.12 eV）和Se/NC（1.07 eV）的過電位最低，為0.87 eV，表明具有p-d軌道雜化的Fe-Se原子對(duì)有利于ORR。Synergistic Fe-Se Atom Pairs as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts Boost Low-Temperature Rechargeable Zn-Air Battery. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202219191.https://doi.org/10.1002/anie.202219191.
