可充电锌−空气电池往往要求双功能电催化剂在氧还原/析氧反应（ORR/OER）中表现出较高的活性，而单位金属−N−C催化剂具有较低的ORR/OER。
近日，北京大学Yan Li系统地研究了掺杂对单位点Fe-N-C催化剂双功能催化活性的影响。
文章要点
1）通过电化学研究、X射线光电子能谱(XPS)、X射线能谱(XANES)、电子能谱(EXAFs)、拉曼光谱(XAFS)、电子显微镜表征、密度泛函理论（DFT）计算以及与TCNQ的反应，研究人员发现N、P共掺杂主要有四个作用：(1)增加碳基质中活性吡啶-N的含量，增加氧化还原的活性位；(2)在碳基质中引入P−N/C/O位点，增加氧化还原的活性位点；(3)调节Fe中心的电子密度，提高Fe-N4位点的本征氧化还原和氧化还原活性；提高Fe-N-C催化剂的电子转移能力。
2）此外，纳米SiO2的模板效应和NH3活化共同引入的层次化介孔结构有利于提高碳基质的比表面积用于反应物交换，与碳纳米管的杂化进一步加速了电子转移。
3）因此，优化后的催化剂Fe-1表现出优异的双功能催化性能，用于ORR的E1/2达到0.88 V，用于ORR的Ej=10 为1.595 V。具有优化的催化剂的液态ZAB表现出0.734 V的小电压间隙。以及在10 mA cm-2下超过600小时的出色稳定性。开发的固态ZAB在交替弯曲变形下100次循环后，在1 mA cm-2下也显示了0.774的小电压间隙。
这项工作提供了一种通用有效的方法来提高单中心金属氮碳催化剂的双功能氧催化活性，从而促进其在ZABs和其他金属空气电池中的应用，以及更多涉及ORR或OER的电催化过程。
参考文献
Jian Sheng, et al, Doping Effect on Mesoporous Carbon-Supported Single-Site Bifunctional Catalyst for Zinc−Air Batteries, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c03565
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03565
