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浙师大王爱军/张露/高怡静Small：高活性Fe3C作为pH通用型电催化剂用于ORR及锌-空气电池
关键词：
电催化剂；氧还原；酸性介质；锌-空气电池；长期循环稳定性
过渡金属碳纳米复合材料由于其较高的电催化活性与低廉的成本而被认作是代替贵金属ORR催化剂的最优选择，将金属负载于多元素掺杂的碳材料中，通过降低催化剂的脱金属效应与改变局部电荷分布，从而提升催化剂的催化活性与稳定性。
近日，来自浙江师范大学的王爱军教授、张露副教授、高怡静副教授作为共同通讯作者，在国际知名期刊small上发表题为“High-Activity Fe3C as pH-Universal Electrocatalyst for Boosting Oxygen Reduction Reaction and Zinc-Air Battery”的研究工作。浙江师范大学的硕士研究生阮奇栋为本文的第一作者。
该工作介绍了一种简便的一步高温热解方法，以制备负载Fe3C纳米颗粒的N, S共掺杂的多孔碳纳米片（Fe3C/N,S-CNS），Fe3C纳米颗粒作为主要活性位点外围有效包覆一层薄石墨碳层缓解了碳的腐蚀和金属溶解，这对ORR尤其在酸性环境中的ORR催化过程非常重要。该催化剂同时在碱性与酸性条件下展现出优异ORR催化性能，在锌-空气电池的应用中也表现出超高的功率密度与优异的长期充放电循环稳定性。DFT计算结果表明，Fe3C活性位点有效促进了ORR过程，并且N, S掺杂对碳基质具有有效调节其电荷分布的作用。
图1. Fe3C/N,S-CNS的合成示意图
图2. Fe3C/N,S-CNS的SEM和TEM表征
图3. 催化剂的表征
图4. 催化剂在碱性条件下的电化学性能测试
图5. 催化剂在酸性条件下的电化学性能测试
图6. 催化剂应用于锌-空气电池的测试
图7. DFT计算
作者团队简介：
张露，浙江师范大学化学与生命科学学院副教授
从事纳米复合材料的设计合成与电化学应用等方面的研究工作；在其研究领域的国际权威刊物上发表高水平研究论文20余篇，近5年来的高被引文章(Highly Cited Papers)为6篇。
高怡静，校聘副教授，2021年7月加入浙江师范大学含氟新材料研究所。
主要从事新型二维材料性质、催化反应机制的理论模拟和机器学习应用。在Appl. Catal. B, Adv. Funct. Mater.，J. Mater. Chem. A，Appl. Surf. Sci.等期刊上发表学术论文20余篇。
王爱军，浙江师范大学地理与环境科学学院教授（双龙特聘教授）。
长期从事金属及合金纳米复合材料的设计、可控合成、光电催化应用等方面的研究工作。在J. Mater. Chem. A、Appl. Catal. B: Environ.、Chem. Eng. J.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nanoscale、J. Power Sources等期刊上SCI发表论文300余篇，以第一作者或通讯作者发表SCI论文180余篇，论文引用11000余次，20余篇论文入选ESI高引用论文，10余篇入选热点论文；H指数为54。获授权国家发明专利20余项。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.
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