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唐建国/姜倩倩/黄华波Small:MnFe-PBA@IF助力室温下OER和超级电容器!

提高析氧反应(OER)速率的关键在于加速四-电子动力学,而促进超级电容器发展的关键在于电极材料的设计。

基于此,青岛大学唐建国教授和姜倩倩副教授、武汉工程大学黄华波副教授等人报道了在室温下合成了锰铁普鲁士蓝(MnFe-PBA@IF),并采用快速还原基质制备了六边形凹形结构。

根据MnFe-PBA的吉布斯自由能计算,Mn原子的电荷耗尽可以大大增强表面富电子含氧基团的吸附。1 M KOH的过电位为280 mV,同时它还可以作为超级电容器,稳定的工作电压范围为-0.9至0 V,比容量为1260 F g−1

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通过DFT计算,作者对MnFe-PBA的活性表面和电子结构进行了深入分析。在原始MnFe-PBA(101)表面模型上,作者选择了三个活性位点Mn、Fe和C。

N位点(3.04)和O位点(3.44)具有很强的电负性,因此氮原子不能与含氧中间体吸附。即使将含氧中间体放在N的顶部,经过几何优化后,它仍然会被反弹。三个MnFe-PBA位点的都吸附和解吸*OOH、*OH和*O,从而加速中间产物的转化。

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此外,Mn、Fe和C活性位点的最大上坡能分别为1.835、2.369和4.388 eV,因此三个活性位点的理论过电位分别为0.605、1.139和3.158 V。在这种情况下,原始MnFe-PBA(101)板下的速率决定步骤来自于*O到*OOH的转化,即最大的上坡步骤是由*OOH的形成引起的。

由于Mn的电负性低于Fe的电负性,Mn向Fe的部分牵引和转移发生,因此Mn与吸附的含氧中间体的结合中等强度,可能是由于更好的OER活性。Mn和Fe与吸附的含氧中间体的结合较弱,导致产生较大的过电位,最明显的是*OOH中间体,同时最突出的C位点是*中间体。

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Unlocking the Potential of Amorphous Prussian Blue with Highly Active Mn Sites at Room Temperature for Impressive Oxygen Evolution Reaction and Super Capacitor Electrochemical Performance. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202303946.



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