我校全國高校“雙帶頭人”教師黨支部書記工作室團隊在材料科學頂級期刊Small發表研究成果

近日，我校全國高校“雙帶頭人”教師黨支部書記工作室負責人張守仁博士團隊與鄭州大學張佳楠教授團隊合作，在軸配位Cr-N-C助力非鐵基氧還原反應催化劑方面取得了突破進展，其研究成果“Altering Ligand Microenvironment of Atomically Dispersed CrN4 by Axial Ligand Sulfur for Enhanced Oxygen Reduction Reaction in Alkaline and Acidic Medium”發表在材料科學頂級期刊《Small》（影響因子15.153），我校為第一署名單位，全文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202206861

由于非貴金屬-氮-碳（例如Fe-N-C）催化劑在經歷氧還原反應（ORR）時結構不穩定性和并存在因芬頓反應，因此開發高效性能的非貴金屬電催化劑是加快燃料電池商業化的迫切需求。在本工作中通過組裝聚合和受限熱解技術實現了外來S原子結合Cr₁N₄活性中心來構建具有軸向第五配位的S₁-Cr₁N₄催化劑（S₁-Cr₁N₄-C）。含有S₁-Cr₁N₄部分的單原子可以通過將Cr預錨定到分級多孔的N，S共摻雜碳中來制備合成。通過X射線吸收精細光譜及其擬合來證明軸向配位結構。理論上，拉伸的S₁-Cr₁N₄配體場（其中催化劑中的軸向S原子在費米能級附近具有比Cr₁N₄和Cr₁N₃S₁更高的電子態可用性），改善了Cr原子和含氧物種之間的相互作用，從而促進了ORR活性。此外，Cr單原子在催化芬頓反應中的活性遠低于Fe單原子，從而導致比Fe單原子高得多的穩定性。制備的催化劑顯示出優異的ORR活性，半波電位（E_1/2）為0.90 V和5.16 mA cm^-2的高動力學電流密度，優于商業Pt/C的性能。同時,S₁-Cr₁N₄-C提供了良好的耐久性，在5000次循環后E_1/2幾乎沒有衰減。當催化劑組裝用于液體鋅-空氣電池時，該催化劑顯示出153 mW cm^-2的卓越峰值功率密度和優異的耐久性(在5 mA cm^-2下100小時)。本項研究為調節單原子活性中心的軸向配體類型以提高單原子活性中心的本征性能開辟了新的途徑。