白菜网总全国高校“双带头人”教师党支部书记工作室团队在材料科学顶级期刊Small发表研究成果

近日，白菜网总全国高校“双带头人”教师党支部书记工作室负责人张守仁博士团队与郑州大学张佳楠教授团队合作，在轴配位Cr-N-C助力非铁基氧还原反应催化剂方面取得了突破进展，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”发表在材料科学顶级期刊《Small》（影响因子15.153），白菜网总为第一署名单位，全文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202206861

由于非贵金属-氮-碳（例如Fe-N-C）催化剂在经历氧还原反应（ORR）时结构不稳定性和并存在因芬顿反应，因此开发高效性能的非贵金属电催化剂是加快燃料电池商业化的迫切需求。在本工作中通过组装聚合和受限热解技术实现了外来S原子结合Cr₁N₄活性中心来构建具有轴向第五配位的S₁-Cr₁N₄催化剂（S₁-Cr₁N₄-C）。含有S₁-Cr₁N₄部分的单原子可以通过将Cr预锚定到分级多孔的N，S共掺杂碳中来制备合成。通过X射线吸收精细光谱及其拟合来证明轴向配位结构。理论上，拉伸的S₁-Cr₁N₄配体场（其中催化剂中的轴向S原子在费米能级附近具有比Cr₁N₄和Cr₁N₃S₁更高的电子态可用性），改善了Cr原子和含氧物种之间的相互作用，从而促进了ORR活性。此外，Cr单原子在催化芬顿反应中的活性远低于Fe单原子，从而导致比Fe单原子高得多的稳定性。制备的催化剂显示出优异的ORR活性，半波电位（E_1/2）为0.90 V和5.16 mA cm^-2的高动力学电流密度，优于商业Pt/C的性能。同时,S₁-Cr₁N₄-C提供了良好的耐久性，在5000次循环后E_1/2几乎没有衰减。当催化剂组装用于液体锌-空气电池时，该催化剂显示出153 mW cm^-2的卓越峰值功率密度和优异的耐久性(在5 mA cm^-2下100小时)。本项研究为调节单原子活性中心的轴向配体类型以提高单原子活性中心的本征性能开辟了新的途径。