Nature Catalysis（IF=38）：同济大学马吉伟-用于阴离子交换膜燃料电池和水电解槽的层状富锂锰氧化物的稳定化
论论资讯 ｜ 2024-04-21 ｜
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Nature Catalysis
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Stabilization of layered lithium-rich manganese oxide for anion exchange membrane fuel cells and water electrolysers
Zhong X.; Sui L.; Yang M.; Koketsu T.; Klingenhof M.; Selve S.; Reeves K.G.; Ge C.; Zhuang L.; Kan W.H.; Avdeev M.; Shu M.; Alonso-Vante N.; Chen J.-M.; Haw S.-C.; Pao C.-W.; Chang Y.-C.; Huang Y.; Hu Z.; Strasser P.; Ma J.
Published：2024-01-01
DOI：10.1038/s41929-024-01136-1
在当今社会，随着能源需求的不断增长，电化学设备的发展变得愈发重要。然而，目前在电化学领域存在一个关键问题：如何设计材料来有效催化氧气分子转化为氢氧根离子的电化学反应。这一问题一直困扰着科学家们，因为这关乎到电化学设备性能的提升。
研究内容
最近发表在《自然催化》期刊上的一篇论文提出了一种新的方法来解决这一问题。他们通过控制3d和4d/5d金属的轨道杂化，调节吸附强度并稳定铂自由催化剂Li<sub>2</sub>Mn<sub>1−</sub><sub>x</sub>Ru<sub>x</sub>O<sub>3</sub>中的催化位点。研究发现，在这些材料中，通过改变M–O共价性（M = 4d/5d金属）来稳定O 2p空穴，有助于减轻结构不稳定性。实验结果显示，锰和钌原子是氧还原反应（ORR）的活性位点，并且在ORR活性和稳定性方面表现出色，优于铂/碳催化剂、NiFe层状双氢氧化物和RuO<sub>2</sub>。特别值得一提的是，Li<sub>2</sub>Mn<sub>0.85</sub>Ru<sub>0.15</sub>O<sub>3</sub>在阴离子交换膜燃料电池和水电解器中分别展现出1.2瓦特/平方厘米的高功率密度和1.2安培/平方厘米的高电流密度。
研究意义
这项研究的创新之处在于通过调控金属的轨道杂化来改善电化学设备的性能，为未来电化学领域的发展提供了新的思路。这不仅有助于提高电化学设备的效率和稳定性，还为环境友好型能源转换提供了更可持续的解决方案。
通过这项研究，我们或许能更好地理解如何利用材料设计来推动电化学领域的创新，为未来的能源转换和储存技术打下坚实基础。
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