【摘要】 电催化剂是金属-空气电池、燃料电池和水电解系统等高效绿色能源储存和转化装置的重要组成部分之一。

电催化剂是金属-空气电池、燃料电池和水电解系统等高效绿色能源储存和转化装置的重要组成部分之一。虽然贵金属催化剂在氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）中都具有较高的催化性能，但其稀缺性和昂贵性极大地限制了其大规模应用。在这方面，无金属/非贵金属碳基催化剂因其优异的导电性和化学稳定性已成为贵金属催化剂具有竞争性的替代品。然而，低催化ORR/OER性能是碳基催化剂在金属-空气电池商业应用中的挑战。许多重要的清洁能源技术都是基于元素还原和氧化反应。特别是ORR和OER的效率对金属-空气电池和燃料电池至关重要。

研究表明，减小催化剂的维度和尺寸可以提高催化剂的利用率，提高催化剂的催化性能。特别是单原子催化剂，由于其具有充分利用催化剂的独特优势，近年来受到了广泛的关注。例如Wei等人采用第一性原理计算方法，研究了Pt单原子在26个具有代表性的MXenes上重组制备的重组单原子催化剂的ORR和OER性能。利用形成能和扩散能势垒研究了Pt原子在MXene表面的稳定性。电荷转移分析表明，Pt原子不仅是单原子催化剂的催化中心，而且是MXene底物与反应物之间的电荷转移介质。利用密度泛函理论计算，筛选了三种f端催化剂作为有效的ORR/OER双功能催化剂。结果表明所选SACs具有高活性，并突出了MXenes作为高效ORR和OER催化剂的巨大潜力[1]。

 

 [1] Kan D., Lian R., Wang D., Zhang X., Xu J., Gao X., Yue Y., Chen G., Wei Y., Screening effective single-atom ORR and OER electrocatalysts from Pt decorated MXenes by firstprinciples calculations[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8: 17065.

 

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