青大/工程大Small:MnFe-PBA@IF助力室溫下OER和超級(jí)電容器!
提高析氧反應(yīng)(OER)速率的關(guān)鍵在于加速四-電子動(dòng)力學(xué),而促進(jìn)超級(jí)電容器發(fā)展的關(guān)鍵在于電極材料的設(shè)計(jì)。
基于此,青島大學(xué)唐建國(guó)教授和姜倩倩副教授、武漢工程大學(xué)黃華波副教授等人報(bào)道了在室溫下合成了錳鐵普魯士藍(lán)(MnFe-PBA@IF),并采用快速還原基質(zhì)制備了六邊形凹形結(jié)構(gòu)。
根據(jù)MnFe-PBA的吉布斯自由能計(jì)算,Mn原子的電荷耗盡可以大大增強(qiáng)表面富電子含氧基團(tuán)的吸附。1 M KOH的過(guò)電位為280 mV,同時(shí)它還可以作為超級(jí)電容器,穩(wěn)定的工作電壓范圍為-0.9至0 V,比容量為1260 F g?1。
通過(guò)DFT計(jì)算,作者對(duì)MnFe-PBA的活性表面和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析。在原始MnFe-PBA(101)表面模型上,作者選擇了三個(gè)活性位點(diǎn)Mn、Fe和C。
N位點(diǎn)(3.04)和O位點(diǎn)(3.44)具有很強(qiáng)的電負(fù)性,因此氮原子不能與含氧中間體吸附。即使將含氧中間體放在N的頂部,經(jīng)過(guò)幾何優(yōu)化后,它仍然會(huì)被反彈。三個(gè)MnFe-PBA位點(diǎn)的都吸附和解吸*OOH、*OH和*O,從而加速中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。
此外,Mn、Fe和C活性位點(diǎn)的最大上坡能分別為1.835、2.369和4.388 eV,因此三個(gè)活性位點(diǎn)的理論過(guò)電位分別為0.605、1.139和3.158 V。在這種情況下,原始MnFe-PBA(101)板下的速率決定步驟來(lái)自于*O到*OOH的轉(zhuǎn)化,即最大的上坡步驟是由*OOH的形成引起的。
由于Mn的電負(fù)性低于Fe的電負(fù)性,Mn向Fe的部分牽引和轉(zhuǎn)移發(fā)生,因此Mn與吸附的含氧中間體的結(jié)合中等強(qiáng)度,可能是由于更好的OER活性。Mn和Fe與吸附的含氧中間體的結(jié)合較弱,導(dǎo)致產(chǎn)生較大的過(guò)電位,最明顯的是*OOH中間體,同時(shí)最突出的C位點(diǎn)是*中間體。
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.