研究背景氧还原反应(ORR)是金属空气电池和燃料电池中的一个重要反应,目前该反应仍面临着许多挑战,例如开发高活性的非贵金属电催化剂以及准确鉴别其表面活性位点等。引入晶界和位错等体相缺陷已成为设计异质催化剂的一种重要策略。这些缺陷可以在催化剂表面形成高活性的表面区域,在催化反应条件下通常具有良好的稳定性。然而,由于表面缺陷结构的复杂性,对相关活性位点的原子结构仍有待了解。一般,当体相缺陷暴露在表面,往往会产生多种类型的活性位点,但并非所有位点都具有相同的催化活性,区分这些位点以筛选出活性位点是一项具有挑战性的任务。因此,非常有必要将体相缺陷暴露在表面时呈现的结构与相应的活性联系起来,并最终确定最优催化活性位点与其原子结构特征。成果简介鉴于此,北京理工大学的曹敏花教授和毛宝光博士后(共同通讯作者)等通过对过渡金属碳化物(Co3ZnC)的热力学脱合金,成功合成了具有弗兰克不全位错缺陷(FPD)的钴单质催化剂(FPD-Co)。与无位错缺陷的Co催化剂相比,FPD-Co表现出高的ORR催化活性和动力学速率,并在锌-空气电池和氢-碱性交换膜燃料电池中表现出优异性能。相关成果以“Double-atom dealloying-derived Frank partial dislocations in cobalt nanocatalysts boost metal–air batteries and fuel cells”为题发表在PNAS上。研究亮点1、FPD-Co中具有丰富的位错缺陷,并且在位错缺陷处凹型结构位置存在原子间的压缩应变。2、得益于位错缺陷处的高活性催化位点,FPD-Co表现出优异的碱性ORR催化活性、动力学速率和选择性。图文介绍