雙-單原子催化劑（Dual-single-atom catalysts）具有相鄰原子和金屬位點的協同作用，在氧還原反應（ORR）中顯示出巨大的應用潛力。基於此，江蘇大學徐麗副研究員和李赫楠（共同通訊作者）等人報道了一種以氮摻雜碳為載體，利用動態合成策略合成了具有相鄰Cu和Zn位點協同作用的雙-原子催化劑（(Zn, Cu)-NC）。
動態過程是指大量的Cu離子被Zn源在高溫下持續揮發產生的碳空位不斷捕獲。因此，被捕獲的Cu離子與碳骨架中的C原子結合形成Cu-C配位。通過碳酸胍分解的NH3，最終將Cu離子還原為Cu+，生成Cu(I)-C2N位點，因此該策略還實現了Cu原子的高密度負載。
此外，Zn離子還與碳酸胍的-NH2部分形成Zn-N配位，然後以Zn-N4配位的形式保留，並與Cu(I)-C2N位點協同作用形成雙原子ORR催化劑（(Zn, Cu)-NC）。
實驗測試發現，(Zn, Cu)-NC表現出0.88 V vs RHE的ORR半波電位和長期穩定性。密度泛函理論（DFT）計算發現，具有長程非共價態的Zn和Cu原子之間的協同效應，這反映在Zn和Cu原子之間的非鍵距離為3.604 Å。更重要的是，由於Zn和Cu位點的存在，(Zn, Cu)-NC催化劑可以通過橋吸附模式有效吸附O2，增強金屬3d和O 2p軌道之間的軌道雜化效應，並激活O-O鍵，從而使ORR順利進行。
此外，液態(Zn, Cu)-NC基Zn-空氣電池不僅產生高功率密度，而且准固態(Zn, Cu)-NC基Zn-空氣電池比Pt/C基電池具有更高的比容量和更長的循環穩定性。
Non-Covalent Interaction of Atomically Dispersed Cu and Zn Pair Sites for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202203471.
https://doi.org/10.1002/adfm.202203471.
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