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從電子結構的角度合理設計堅固的雙功能氧催化劑對於高活性可充電鋅空氣電池（ZABs）的發展來說，具有重要意義和挑戰性。
近日，福州大學程年才教授，美國阿貢國家實驗室Haifeng Lv首先通過密度泛函理論（DFT）模擬預測了CoOx納米糰簇電子結構的有利調節。然後通過微孔MOFs限域策略，將亞納米CoOx團簇（0.86 nm）約束在ZIF-8衍生的氮摻雜納米材料（PNC）的小孔中以進行實驗研究。
本文要點
要點1. 研究發現，MOF微孔的限域效應不僅提高了亞納米氧化鈷團簇的穩定性，而且使其與Co-NX偶聯，進一步調節了前者的電子結構，協同作用增強了ORR/OER活性。
要點2. 結果表明，優化後的0.05CoOx@PNC催化劑具有優異的雙功能氧性能，電勢差較小，僅為0.67 V。此外，集成的0.05CoOx@PNC空氣正極的可充電鋅空氣電池表現出優異的性能，峰值功率密度達到157.1 mW cm-2，在10 mA cm-2時的比容量為887 mAh gZn-1，長期循環能力超過200 h，明顯優於由Pt/C/RuO2組成的基準電極對。
要點3. DFT計算結果進一步表明，粒徑的減少以及與Co-N偶聯可以有效地調節CoOx納米糰簇的電荷分布，並使CoOx納米糰簇中Co吸附中心的d帶中心下移，從而降低了中間O2*和OH*的反應勢壘和ORR/OER過電位，加速了整個ORR/OER動力學過程。
這項工作為在ZABs領域中構建堅固的亞納米簇催化劑提供了新的參考。
Yangyang Tan, Wangbin Zhu, Zeyi Zhang, Wei Wu, Runzhe Chen, Shichun Mu, Haifeng Lv and Niancai Cheng, Electronic Tuning of Confined Sub-Nanometer Cobalt Oxide Clusters Boosting Oxygen Catalysis and Rechargeable Zn–Air Batteries, Nano Energy, (2020)
DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105813
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105813
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