突破标度关系限制：Fe/Ni双原子催化剂实现高效钠空气电池电催化

《Journal of Materials Chemistry A》：Breaking scaling relations via Fe/Ni diatomic catalysts towards highly efficient electrocatalysts for rechargeable Na-air batteries

来自国内的研究人员针对钠空气电池(SABs)中单金属体系因标度关系限制导致的催化活性不足问题，开发了镍铁双单原子催化剂(Ni-HCMs-Fe)。该研究实现了530 mV的低过电位、5382.9 mAh g?1的高比容量及450次循环（1800小时）的超长寿命，通过打破标度关系显著提升NaO2可逆生成/分解效率，为双单原子催化剂(DACs)在SABs中的应用奠定基础。

　　

开发具有双功能高效电催化剂对实现可逆生成与分解放电产物至关重要，这直接关系到可充电钠空气电池（SABs）的性能突破。然而，受限于标度关系（Scaling Relations），基于单金属体系的空气阴极通常表现出较差的催化活性，难以支撑钠空气电池实现稳定持久的循环寿命。双单原子催化剂（Dual Single-Atom Catalysts, DACs）凭借两种金属位点的协同作用，可突破标度关系的限制，显著提升催化性能。

本研究设计了一种负载镍（Ni）与铁（Fe）单原子的空心碳微球（Ni-HCMs-Fe），并首次将其作为DAC型空气阴极应用于SABs。实验表明，基于该催化剂的钠空气电池实现了530 mV的低过电位间隙、5382.9 mAh g^?1的高比容量，以及超过450次循环（1800小时）的超长循环稳定性，其主要放电产物为NaO₂。

机理研究指出，Ni与Fe位点对含氧中间体（Oxygenated Intermediates）的吸附能存在差异，使得Ni-HCMs-Fe能够打破标度关系，优化对反应中间体的结合能力，从而显著促进NaO₂在电池中的可逆形成与分解。本研究开创了双单原子催化剂在钠空气电池中的应用先例，为其走向实际应用奠定了关键基础。