西北民族大学吴尚教授课题组 田硕《CEJ》：d-d耦合不对称FeN4 - NiN3O双原子双功能催化剂在锌-空气电池中的应用

d-d耦合不对称FeN₄- NiN₃O双原子双功能催化剂在锌-空气电池中的应用

要点一：具有 FeN₄-NiN₃O非对称双原子活性位点

Fig. 1. SEM images of a), b) Fe/Ni-NC@PDA. TEM images of c), d) Fe/Ni-NC@PDA. e) XRD and f) Raman spectra of N Fe/Ni-NC@PDA and other comparison catalysts. g), h) Aberration-corrected HAADF-STEM images of Fe/Ni-NC@PDA. i) The corresponding diatomic distances marked in h). j) HAADF-STEM image and elemental mapping images.

Fig. 2. N 1s XPS spectra of a) Fe/Ni-NC@PDA and b) NC-MIL101. c) Normalized XANES spectra of Fe/Ni-NC@PDA, FePc, Fe2O3 and Fe foil at Fe K-edge and d) Fourier-transformation of the corresponding Fe K-edge EXAFS spectra at R space. e) Normalized XANES spectra of Fe/Ni-NC@PDA, NiPc, NiO and Ni foil at Ni K-edge and f) Fourier-transformation ofthe corresponding Ni K-edge EXAFS spectra at R space. Fitting result of g) Fe K-edge FT-EXAFS and h) Ni K-edge FT-EXAFS. i) WT contour plots of Fe/Ni-NC@PDA, FePc, and NiPc.

要点二：优异的 ORR/OER 双功能电化学性能及可充电锌空气电池性能

Fig. 3. a) ORR LSV curves at 1600 rpm for Fe/Ni-NC@PDA and other control catalysts. b) The corresponding Tafel plots obtained by the ORR LSV curves. c) H₂O₂ yield and electron transfer number of Fe/Ni-NC@PDA and Pt/C. d) Methanol tolerance curves of Fe/Ni-NC@PDA and Pt/C catalysts during the chronoamperometric test. e) Normalized chronoamperometry data of Fe/Ni-NC@PDA and Pt/C catalysts at 0.6 V versus RHE. f) OER polarization curves obtained in 1 m KOH electrolyte. g) Tafel plots obtained by the OER polarization curves. h) Cdl values for different catalysts. i) ΔE comparison of Fe/Ni-NC@PDA and other control catalysts.

Fig. 4. a) Schematic of assembled ZABs, Fe/Ni-NC@PDA and Pt/C + RuO₂-based ZABs with b) Open-circuit voltages, c) Charge-discharge polarization curves and discharge power density curves, d) Discharge plateaus at 1-50 mA cm^-2 current densities, e) Specific capacity at 20 mA cm^-2 current density, f) Peak power density curves, g) Charge-discharge cycling curves at 10 mA cm^-2 constant current charge/discharge cycle curve.

要点三：Fe, Ni原子对之间具有dd耦合

Fig. 5. a) ORR/OER reaction processes occurring at Fe and Ni sites in the FeN₄-NiN₃Omodel, b) ORR and d) OER free energy diagrams for all models at 0 V, c) ORR and e) OER free energy diagrams for all models at 1.23 V, f) Charge density difference of FeN₄-NiN₃Oand FeN₄-NiN₃O(segregated) (yellow and blue regions represent electron accumulation and depletion, respectively), g) Fe 3d partial density of states PDOS) for FeN₄-NiN₃Oand FeN₄, h) Ni 3d PDOS for FeN₄-NiN₃Oand NiN₃O.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166120

吴尚，教授，硕士生导师，甘肃省“飞天学者”，甘肃省“陇原青年英才”，长期从事功能型催化材料的研究工作，近5年来主持和参与完成国家自然科学基金4项，主持甘肃省重点研发项目1项，参与甘肃省重点项目 1 项。主持完成西北民族大学中央高校基本科研业务经费项目4项，科研创新团队培育项目2项，科研创新团队项目2项。《Journal of Energy Storage》等期刊特约编辑。近年来在《Chemical Engineering Journal 》、《Organic Chemistry Frontiers》、《Green Chemistry》、《Materials Today Chemistry》、《Journal of Energy Storage》、《Journal of Alloys and Compounds》等期刊发表学术论文 60 余篇，授权发明专利 4 项，实用新型专利 14 项。获甘肃省高校科技进步奖一等奖 1 项、甘肃省科技进步奖三等奖 1 项，甘肃省自然科学奖三等奖 1 项，获甘肃省“优秀硕士学位论文指导教师”。

西北民族大学吴尚教授新型能源材料与绿色催化实验室简介

吴尚教授领衔的新型能源材料与绿色催化实验室成立于近年，依托西北民族大学化学学院，聚焦新型能源材料开发与绿色催化技术的前沿研究。实验室积极拓展国内外合作网络，与多所知名高校及科研机构建立了联合研发平台，致力于推动新能源材料与绿色化学的交叉创新。团队由教授、副教授、硕士研究生和本科生组成，形成了一支学科背景多元、创新能力突出的研究队伍。近年来，实验室围绕电催化材料、绿色合成技术、清洁能源存储材料等方向开展系统性研究，取得了一系列创新成果。团队以解决能源与环境领域的核心问题为目标，结合材料制备、表征分析、性能测试等实验手段，融合催化机理计算（如密度泛函理论）等先进方法，形成了从理论模拟、材料设计、可控合成到器件集成的全链条研究能力。尤其在绿色催化领域，实验室注重催化剂的理性设计及反应机理的深度解析，开发高效、稳定、低成本的催化体系，为能源转化、污染物降解及化工过程绿色化提供了新策略。实验室坚持 “基础研究-技术开发-应用推广” 三位一体的发展模式，研究成果在可再生能源利用、碳减排及环境治理等领域展现出广阔的应用潜力，为服务国家“双碳”战略及可持续发展目标提供科技支撑。

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