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2024年8月7日,南京航空航天大学彭生杰教授团队在J. Am. Chem. Soc.期刊和Angew. Chem. Int. Ed.期刊上各发表了题为“Accelerated Proton Transfer in Asymmetric Active Units for Sustainable Acidic Oxygen Evolution Reaction”和“Encapsulation of Sn Sub-nanoclusters in Multichannel Carbon Matrix for High-Performance Potassium-ion Batteries”的新论文,分别研究了持续酸性析氧反应中不对称活性单元加速质子转移,以及高性能钾离子电池中多通道碳基质中锡亚纳米簇的封装。
持续酸性析氧反应中不对称活性单元加速质子转移
钌基催化剂的耐久性较差,限制了其在质子交换膜水电解(PEMWE)中的实际应用。
研究人员报道了通过引入耐酸p区金属位点构建了Ru1-xMxO2(M=Sb、In和Sn)二元固溶体氧化物中的不对称活性单元,打破了RuO2在酸性析氧反应(OER)中的活性和稳定性限制。构建具有强电子离域效应的高度不对称Ru-O-Sb单元显著缩短了Ru位点和Sb位点之间的空间距离,提高了整体结构的结合强度。不对称活性单元中Sb位点独特的双电子氧化还原对在不同OER阶段触发额外的化学步骤,促进连续的质子转移。
优化的Ru0.8Sb0.2O2固溶体在10mA cm-2下具有160 mV的超低过电位,在酸性电解质中具有1100小时的破纪录稳定性。值得注意的是,制备的Ru0.8Sb0.2O2在工业条件下实现了高效的PEMWE性能。
通用机理分析表明,不对称Ru-O-M单元中增强的质子传输,为酸性OER提供了一种新的工作途径,在不牺牲稳定性的情况下打破了制约关系。
高性能钾离子电池中多通道碳基质中锡亚纳米簇的封装
具有超小粒径的亚纳米簇对于制造先进的储能材料特别重要。
研究组表明,封装在氮掺杂多通道碳基质中的Sn亚纳米簇(表示为Sn-SCs@MCNF)通过简单可控的路线设计,可作为高性能钾离子电池(PIBs)的柔性阳极。能够精确识别多通道碳基体中均匀分散的Sn亚纳米簇,确保了阐明尺寸对电化学性能的影响。亚纳米级效应Sn-SCs@MCNF抑制电极粉化并增强K+扩散动力学,从而获得优异的循环稳定性和倍率性能。
作为PIBs中的独立阳极,Sn-SCs@MCNF表现出优异的K+存储性能,如优异的循环稳定性(在100mA g-1下150次循环后为331mAh g-1)和倍率性能。尤其是Sn-SCs@MCNF||KFe[Fe(CN)6]全电池即使在200次循环后,在0.4A g-1下也显示出令人印象深刻的167mAh g-1的可逆容量。
理论计算表明,超细Sn亚纳米簇有利于电子转移,有助于降低中间体的能量势垒,从而带来有前景的电化学性能。通过原位分析,研究组对Sn-SCs@MCNF的本征K+储存过程进行了全面的分析。
该工作为设计用于高性能储能装置的亚纳米级功能材料提供了重要指导。
*相关内容请以英文原文为准
相关论文信息:
https://doi.org/10.1021/jacs.4c05070
https://doi.org/10.1002/anie.202412077
编辑 |余 荷
排版|王大雪
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