第一作者：Wei Zhang

通讯作者：Zhenxing Feng, Yang Yang

通讯单位：Oregon State University, University of Central Florida

研究内容：

由于铂族金属 (PGM) 催化剂的电子结构优化和高利用率，利用强金属-载体相互作用 (SMSI) 效应来促进催化剂对氧还原反应 (ORR) 的活性是有希望的。与传统的碳载体相比，金属氧化物作为 PGM 的替代载体促进了内在活性并提高了耐用性。然而，需要解决金属/载体界面处受限的质量和电子转移问题。在此，为了加强金属/载体界面的相互作用并提高 PGM 的利用效率，将超低负载的 Pd 嵌入表面氧化的 PdNiMnO 多孔膜中。Mn 掺杂旨在使用简便的阳极氧化工艺促进表面氧化，该工艺在 Pd 和载体之间产生充分暴露的界面，增强 Pd/氧化载体界面处的 SMSI 效应以提高 ORR 性能。此外，含镍氧化催化剂既可作为析氧反应（OER）的活性成分，又可作为稳定 Pd 的功能载体，使 PdNiMnO 成为锌空气液流电池（ZAFB）的双功能催化剂。作为概念验证，ZAFB (PdNiMnO) 的最大功率密度为 211.6 mW cm^-2和超过 2000 小时的出色循环稳定性，在 10 mA cm ^-2的电流密度下最小电压间隙为 0.69 V，优于最先进的催化剂。

要点一：

本文通过Mn掺杂促进多孔膜中的表面氧化，合理设计并验证了SMSI效应。由于与Pd-支撑相互作用的强耦合，为ORR定制了Pd活性位点的电子结构，重新分配了局部电子密度。结果表明，ORR在PdNiMnO-PF中，除了中间体的二次吸附位点外，还实现了加速电子转移和增强反应动力学。

要点二：

含氧支持也作为OER的活性阶段，使PdNiMnO-PF对ZAFB具有双功能能力。ZAFB(PdNiMnO)显著提高了循环能力(超过2000h，4000次循环)，峰值功率密度为211.6mWcm^-2，并大大降低了电压间隙(0.69V)。低铂/功能加氧支持相互作用的概念为各种电化学能量应用的新型催化剂的设计提供了思路。

图5：ZAFB的性能。(a)水锌空气流动电池工作原理示意图。(b)PdNiMnO和Pt/C-RuO₂的极化和功率密度曲线的比较。(c)PdNiMnO和Pt/C-RuO₂基ZAFBs在不同电流密度下的放电行为的比较。(d)本工作和其他参考文献的峰值功率密度与电压间隙的特征图。(e)ZAFB(PdNiMnO)在电流密度为10 mA cm^-2下的长期电流放电-电荷循环稳定性。

参考文献

Wei Zhang, Jinfa Chang, Guanzhi Wang, Zhao Li, Maoyu Wang, Yuanmin Zhu, Boyang Li, Hua Zhou, Guofeng Wang, Meng Gu, Zhenxing Feng, Yang Yang. Surface oxygenation induced strong interaction between Pd catalyst and functional support for zinc–air batteries. EES, 2022. DOI: 10.1039/d1ee03972e.