Nano Res.│配位环境调控的CoNi双原子位点催化剂进一步提高ORR/OER双功能催化性能

金属空气电池由于其高的能量密度，高的安全性和较低的成本等优点已经成为下一代便携设备、可穿戴设备供能装置。而锌-空气电池由于负极为性质稳定、成本低廉的锌片，目前已在可穿戴微型设备中普及。但锌-空气电池的正极为空气电极，其充放电过程中需要电催化剂具有优异的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)活性，通常使用较为昂贵的铂碳和氧化铱、氧化钌催化剂。单原子催化剂具有最大化的原子效率、可调控的电子性质和更多的活性位点，从而能展现出优异的催化能力，是最有可能成为高成本铂基催化剂的替代品之一。

单原子催化剂中原子级分散在碳载体的M-Nx位点催化剂通常表现出较为优异的ORR性能。然而，最近的研究表明，配位N的电负性过高，不利于中间体在金属中心的吸附，导致势垒增加，反应动力学降低。由于N原子与杂原子（B、N、P和S）之间电子自旋密度和电负性的差异，用杂原子部分取代M-Nx中的N原子，这样适当的电子偶联也是调控单原子催化剂电子结构的有效方法，可进一步提高了单原子催化剂的活性。

清华大学李亚栋教授课题组开展了双原子位点催化剂的相关研究，将Co和Ni前躯体和三苯基膦封装在笼状的金属有机框架结构中，合成了原位磷化的Co/Ni@ZIF-8，随后通过多步热解制备了Co₁-PNC/Ni₁-PNC双单原子位点催化剂。此外，基于同步辐射的X射线吸收精细结构（XAFS）研究表明，P和N原子对于Co和Ni原子的电子调控有利于提升催化活性，发现在碱性溶液中ORR性能（E_1/2= 0.88V vs. RHE）甚至超过商业Pt/C，而OER测试中的过电势也与商业RuO₂催化剂较为接近。此外，上述催化剂制备的锌-空气电池也具有优异的比容量（874 mA•h/g）和功率密度（252mW/cm²）。该工作也为多位点单原子催化剂的设计和电子结构调控提供了新的思路。

李亚栋教授课题组近年主要从事单原子位点催化剂、金属纳米晶、团簇的合成及其催化反应探索研究，尤其是在发展单原子、团簇精准合成技术及纳米催化剂固体载体表面缺陷与空位可控制备方面取得了重要进展。

Botao Hu, Aijian Huang, Xuejiang Zhang, Zheng Chen, Renyong Tu, Wei Zhu, Zhongbin Zhuang, Chen Chen^*, Qing Peng^* & Yadong Li^*. Atomic Co/Ni dual sites with N/P-coordination as bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable zinc-air batteries. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3539-0

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