2400h！清华深研院/南科大，Nature子刊！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2025-01-11 08:18

正文

【做计算找华算】 理论计算助攻顶刊， 50000+ 成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！

经费预存选华算科技：新年献礼，重磅加码，高至 30% 预存增值 ！

RZAB具有固有高理论能量密度、安全性、低成本和环境友好等优势，但其实际应用受到双功能催化剂在高充电电压下活性差、易氧化以及空气正极中气-液-固三相界面问题的限制。

在此， 清华大学深圳研究院周光敏，南方科技大学徐保民、钟熊伟等人 提出了一种类变色龙双功能催化剂，其由钌单原子接枝到镍铁层状双氢氧化物（Ru _SA -NiFe LDH）上。研究显示，在充电过程中，Ru _SA -NiFe LDH自适应氧化为氢氧化物（Ru _SA -NiFeOOH），暴露出析氧反应的活性位点，而在放电过程中，可逆地还原为NiFe LDH，暴露出氧还原反应的活性位点。

此外，具有亲/疏水层的分级空气阴极促进了Ru _SA -NiFe LDH和Ru _SA -NiFeOOH之间的可逆转化，加速了氧气泡解吸，抑制了碳腐蚀。基于此，该锌空气电池在10 mA cm ^-2 条件下表现出100 mAh cm ^-2 的高充放电容量，0.67 V的电压间隙，以及2400小时的循环寿命。

图1. Ru _SA -NiFe LDH的设计、DFT计算筛选和表征

总之，该工作介绍了一种类变色龙双功能催化剂，其能够自适应地调节ORR和OER的活性位点，促进RZABs内Ru _SA -NiFe LDH和Ru _SA -NiFeOOH之间的可逆转化。研究显示，通过在传统空气正极顶部添加亲水层的分级空气正极，可以优化每个循环的放电/充电容量并提高倍率性能。

基于此，具有最佳气液固三相界面的RuSA-NiFe LDH HE促进了RuSA-NiFe LDH和RuSA-NiFeOOH之间的可逆转化，加速了氧解吸，降低了充电极化电压。实现了每循环100 mAh cm ^-2 的高放电/充电容量和2400小时的长寿命。

此外，大规模RZABs电池组演示强调了RuSA-NiFe LDH HE在可再生能源存储应用中的实用性。因此，该工作提出的类似变色龙的双功能催化剂、分级电极设计和机理分析技术有望提高其他涉及转化和气体反应的电池的性能。

图2. 含有Ru _SA -NiFe LDH的RZABs性能和演示

Understanding the active site in chameleon-like bifunctional catalyst for practical rechargeable zinc-air batteries, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-024-54019-1