3Dカーボンエアロゲル上でのRuナノクラスターによるFe–Ni二原子サイトのエンジニアリングによる高効率二機能酸素電気触媒の実現

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:This work provides a design strategy for dual-atom catalysts with nanoclusters, relevant for researchers in electrocatalysis and energy storage.

二原子触媒（DAC）は、酸素還元反応／酸素発生反応（ORR/OER）の触媒において大きな可能性を示す一方で、亜鉛–空気電池（ZAB）において高い触媒活性と安定性を同時に達成するという重大な課題に直面している。本研究では、原子レベルで単離されたFeN4/NiN4二原子サイトとRu6ナノクラスターが固定化された多孔質三次元炭素エアロゲル（FeN4–Ru6–NiN4@PCA）を合成し、これらの課題に対処した。隣接するRu6ナノクラスターは、FeN4およびNiN4サイトの幾何構造を効果的に制御し、高度にグラファイト化された炭素マトリックスの形成を触媒する。これらの構造的特徴により、FeN4–Ru6–NiN4@PCAは顕著なORR/OER活性と安定性を備え、FeN4/NiN4二原子種のみを有する比較対象や、基準となるPt/CおよびRuO2触媒を上回る性能を示す。密度汎関数理論計算により、Ru6クラスターがFeN4/NiN4サイトの明確な電子再分布を誘起し、律速段階における主要な酸素中間体（OH*）への電子移動を最適化することで、ORRおよびOER反応速度を加速することが明らかになった。FeN4–Ru6–NiN4@PCAをZABの正極触媒として用いた場合、得られたZABは197.76 mW cm–2のピーク出力密度を達成し、2000時間を超える優れたサイクル安定性を示し、エネルギー貯蔵デバイス用途における大きな可能性を強調している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Dual-atom catalysts (DACs) show great promise in catalyzing oxygen reduction/evolution reactions (ORR/OER), yet facing significant challenges in achieving simultaneous high catalytic activity and stability in zinc–air batteries (ZABs). In this study, we synthesized a porous three-dimensional carbon aerogel anchored with atomically isolated FeN4/NiN4 dual sites and Ru6 nanoclusters (FeN4–Ru6–NiN4@PCA) to address these challenges. The adjacent Ru6 nanoclusters effectively regulate the geometric structures of FeN4 and NiN4 sites and catalyze the formation of a highly graphitic carbon matrix. These structural features endow FeN4–Ru6–NiN4@PCA with remarkable ORR/OER activity and stability, outperforming counterparts with only FeN4/NiN4 dual species and benchmark Pt/C and RuO2 catalysts. Density functional theory calculations reveal that Ru6 clusters induce obvious electron redistribution of FeN4/NiN4 sites and optimize their electron transfer to the key oxygen intermediates (OH*) at the rate-determining steps, thereby accelerating the ORR and OER kinetics. When employed FeN4–Ru6–NiN4@PCA as the cathode catalyst in ZABs, the resulting ZAB delivers a peak power density of 197.76 mW cm–2 and demonstrates outstanding cycling stability over 2000 h, highlighting its great potential for use in applications of energy storage device.

• openalex https://doi.org/10.1007/s40820-026-02211-xfirst seen 2026-07-13 06:04:51