成果简介
探索和开发用于氧还原反应（ORR）的具有成本效益、超长耐久性和高性能的非贵金属催化剂来替代用于电化学能量转换装置的铂基催化剂仍然是一个巨大的挑战。尽管几种类型的非贵金属催化剂（N 掺杂石墨烯、过渡金属纳米粒子、单原子金属-氮-碳等）声称与商业 Pt/C 相比具有相当或压倒性的催化性能，但它们的长效耐久性，特别是在苛刻的电解质中，对于实际应用仍然不能令人满意。
本文，湖南大学Huanxin Li、、Haihui Zhou，Zhongyuan Huang等研究人员在《Adv.Funct.Mater》期刊发表名为“Non-Noble-Metal Catalyst and Zn/Graphene Film for Low-Cost and Ultra-Long-Durability Solid-State Zn-Air Batteries in Harsh Electrolytes”的论文，研究合成并研究了经典的FeC-NG催化剂，以了解Zn-Air电池中的催化和降解行为。实验分析和理论计算表明，由 Fe3C量子点 (QD) 和N掺杂石墨烯碳 (Fe3C-NG) 形成的莫特-肖特基异质结提高了 ORR，因为Fe3C量子点提供了快速的电子转移到NG的价带。分子动力学模拟表明，NG中的石墨烯结构在腐蚀性极强的电解液中相对稳定，从而避免了Fe3C NG催化剂的腐蚀，提供了1.506V的高开路电压、706.4Wh kg–1的高能量密度，以及1000h的长期稳定性。
图文导读
图1、Fe3C@N/MCHSs 和 Fe3C-NG Mott-Schottky异质结的制备示意图。
图2、所制备的Fe3C@N/MCHS的形态表征
图3、a) 泡沫镍上Fe3C@N/MCHSs正极的制造工艺，b) 固态电解质的制备，以及 c) 柔性锌/石墨烯负极的制备。
图4、电化学性能
小结
这项工作为用于ORR的非贵金属Fe3C-NG异质结构催化剂提供了一些新的见解，也为制造低成本、高能量密度和长期循环锌-空气电池提供了新的方法。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202200397
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