近日，伟德bv1946官网蔣青、楊春成教授，與加拿大多倫多大學伟德bv1946Chandra Veer Singh教授⏭➰，在電催化氧還原以及鋅-空氣電池領域取得了新進展。研究成果以“Vacancy-Enhanced Sb-N₄ Sites for the Oxygen Reduction Reaction and Zn-Air Battery”為題，于2024年3月29日在線發表在《Nano Letters》上。

p區金屬單原子材料具有良好的抗芬頓反應能力且獨特的p電子能與O₂雜化有利于降低反應能壘，是一種有前景的氧還原反應(ORR)催化劑。然而，p區金屬具有封閉的d¹⁰電子構型，不利于其在電化學反應中的電子轉移，導緻其本征活性較差。

為了解決這個問題，本工作設計了一種具有空位增強Sb-N₄位點的單原子材料作為ORR催化劑。通過球差電鏡、X射線吸收精細結構譜和電子順磁共振光譜等多種表征手段證明了該單原子材料中存在大量的Sb-N₄位點以及豐富的碳空位。

圖1：Sb單原子催化劑的微觀結構

大量的碳空位不僅能捕獲Sb單原子，還能有效激活Sb原子的p軌道電子，調節其與反應中間體的吸附能，從而大幅提升其本征活性。得益于豐富的碳空位增強的Sb-N₄活性位點，該催化劑表現出優異的ORR活性，半波電勢為0.905 V，Tafel為50.6 mV dec^-1。此外，以該材料為陰極構建的鋅-空氣電池的功率密度為181 mW cm^-2，放電比容量為794 mAh g^-1。

圖2：Sb單原子催化劑的氧還原和鋅-空氣電池性能

論文全文鍊接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00808