近日，鄭州大學(xué)化工學(xué)院張冰教授課題組在雙原子催化劑研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確設(shè)計(jì)和深入解析雙原子催化劑的構(gòu)型，成功制備出一系列非對(duì)稱(chēng)硒基雙原子催化劑。該催化劑在電化學(xué)氧還原和鋅-空氣電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

由于具有協(xié)同作用，雙原子催化劑（DACs）因其明確定義的活性位點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。然而，為了進(jìn)一步構(gòu)建明確的雙原子位點(diǎn)并理解其在多步驟催化反應(yīng)中的協(xié)同作用，仍需進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。為此，研究團(tuán)隊(duì)精確設(shè)計(jì)了一系列基于硒的不對(duì)稱(chēng)雙原子催化劑，包括異核SeN2–MN2（M=Fe、Mn、Co、Ni、Cu、Mo等）活性位點(diǎn)，以提高氧還原反應(yīng)（ORR）的效率。在這些設(shè)計(jì)的基于硒的雙原子催化劑中，硒-鐵雙原子催化劑在堿性O(shè)RR中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，其半波電位達(dá)到0.926 V（相對(duì)于可逆氫電極）。此外，基于SeN2–FeN2的鋅-空氣電池具有高比容量（764.8 mAh g?1）和最大功率密度（287.2 mW cm?2）。光譜表征和理論計(jì)算表明，異核硒原子通過(guò)短程調(diào)節(jié)有效極化了其他金屬原子的電荷分布。此外，與單原子位點(diǎn)Se或Fe相比，SeFe雙原子位點(diǎn)通過(guò)*O中間體的共吸附，顯著降低了從*O到*OH的轉(zhuǎn)換能量障礙。本研究為設(shè)計(jì)異核雙原子催化劑以提高ORR效率提供了新的視角。

研究成果以“Precisely designing asymmetrical selenium based dual-atom sites for efficient oxygen reduction”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Nature Communications》上。鄭州大學(xué)化工學(xué)院為第一單位，王孝臣博士生為論文第一作者，鄭大尚會(huì)姍副研究員、清華大學(xué)羅璇博士和北京理工大學(xué)陳文星教授為共同通訊作者。

該研究得到了國(guó)家區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)青年基金等資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-55862-6

硒鐵雙原子催化劑的合成示意圖