变色龙状双功能催化剂可增强锌空气电池性能

来自 实验室仪器网

在《自然通讯》发表的一项研究中，研究人员报告了可充电锌空气电池的进展，重点开发了一种变色龙式双功能催化剂。这种催化剂旨在提高氧气释放和还原反应的效率，这对锌空气电池的性能至关重要。

这项研究解决了现有催化剂性能有限以及气液固界面复杂性等挑战，这些挑战阻碍了实际应用。通过克服这些限制，这项研究有助于开发更高效的储能系统，以满足对可持续能源解决方案日益增长的需求。

可充电锌空气电池因其高能量密度和具有成本效益的生产潜力而备受关注。然而，实际应用受到双功能催化剂效率低下的限制，而双功能催化剂对于关键的电化学反应至关重要。

传统催化剂通常表现出较差的稳定性和活性，尤其是在不同的操作条件下。这项研究强调了了解这些催化剂中的活性位点以及开发能够适应不同电化学环境的材料的重要性。作者提出了一种变色龙状催化剂，它能够根据条件改变其结构和性质，从而提高性能和耐用性。

本研究系统地合成并评估了一种用于可充电锌空气电池的变色龙式双功能催化剂。该催化剂是通过将钌单原子嫁接到镍铁层状双氢氧化物(NiFeLDH)载体上而产生的。合成首先通过共沉淀法制备NiFeLDH，其中镍和铁盐在碱性溶液中结合并老化以形成层状结构。然后使用湿化学沉积技术引入钌单原子，确保在NiFeLDH表面均匀分布。

使用标准电化学工作站内的三电极装置评估电化学性能。通过碱性电解质中的循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)测量氧释放反应(OER)和氧还原反应(ORR)的催化剂活性。通过计时电流测试进一步评估稳定性和比活性，该测试可监测随时间变化的电流。

使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)分析催化剂的形态和粒度。X射线光电子能谱(XPS)检查催化剂成分的元素组成和氧化状态。此外，原位拉曼光谱跟踪电化学反应过程中的动态结构变化，从而深入了解活性位点和反应机制。
结果表明，这种变色龙状双功能催化剂在OER和ORR中均表现出色，显著优于传统催化剂。该催化剂表现出高比活性和稳定性，在较长的循环期内保持一致的性能。其结构能够动态调整活性位点，从而提高电化学反应的效率。钌单原子被认为是提高催化活性的关键，而NiFeLDH载体则提供了促进电子和离子传输的坚固框架。

这一发现对可充电锌空气电池的开发具有重要意义。这项研究强调了能够适应不同电化学条件的催化剂的重要性，可以提高效率和寿命。作者指出，这种变色龙状催化剂的合成工艺有扩大规模的潜力，使其成为商业应用的可行选择。

此外，该研究解决了将此类催化剂集成到现有电池系统中所面临的挑战，这表明需要进一步研究来优化整体电池设计。

这项研究重点介绍了一种用于可充电锌空气电池的变色龙式双功能催化剂的开发。它深入了解了催化剂活性位点及其在提高储能性能方面的作用。研究结果表明，这种催化剂可以帮助解决锌空气电池目前的挑战，提高效率和耐用性。

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