锌空气电池双功能 α-MnO?/NiO@Ni 气体扩散电极的退化：通过软 X 射线光谱叠影成像技术映射的空间分辨镍化学态演化

《Electrochimica Acta》：Degradation of bifunctional α-MnO 2/NiO@Ni gas-diffusion electrodes for Zn-air batteries: space-resolved Ni chemical-state evolution mapped by Soft X-ray Spectral Ptychography

　　

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  软X射线ptychography（全聚焦术）实现了对弱吸收物种的化学态映射。
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  基于Kramers-Kronig关系式的相位对比可获得镍的吸收等效光谱。
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  在不同老化条件下揭示了纳米尺度的镍-锰关联。
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  优化后的镍浓度可缓解锰的降解。
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  该方法为原位单颗粒电化学研究开辟了道路。

章节摘要

引言

双功能催化剂的性能和耐久性仍然是可充电锌-空气电池（ZABs）实际应用中面临的重大挑战之一[[2], [3], [4], [5]]。在候选材料中，锰氧化物因其丰富的地壳储量、结构多样性和可调的氧化还原化学性质而在氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）中备受关注[[6], [7], [8], [9], [10], [11]]。尽管具有这些优势，基于锰的

气体扩散电极的制备

本工作研究的镍-二氧化锰气体扩散电极（GDEs）按照文献[1,13]中报告的程序制备。简而言之，α-MnO₂纳米棒通过溶液法合成，随后与镍/氧化镍纳米粒子（APS 5–20 nm，99.9%（以金属计），Alfa Aesar）、炭黑（CB，Csingle bondNERGY SUPER C65，Imerys Graphite & Carbon）和PTFE粘合剂（59 wt%，3M? Dyneon? PTFE TF 5060GZ）混合形成催化剂墨水。将该悬浮液沉积在碳纸上

样品背景及先前研究结果

本工作直接建立在前期研究[1]的基础上，该研究利用STXM在锰L边对气体扩散电极的降解行为进行了分析，这些电极要么是单功能α-MnO₂体系，要么是采用掺入镍/氧化镍纳米粒子的双功能催化剂。该研究确定了锰还原和溶解的不同路径，并强调了锰氧化还原态、镍含量和老化方案之间的关联。在本工作中，考虑了三个双功能样品。

结论

在本工作中，我们在前期基于STXM的锰基气体扩散电极研究[1]的基础上，对相同样品和TEM载网采用了镍L边的软X射线ptychography（全聚焦术）。采用基于KK的重建方法，能够从相位数据中获取具有化学意义的吸收等效光谱，从而克服了吸收对比在检测弱吸收或纳米分散物种方面的固有局限。验证步骤确认了该工作流程能够可靠地

作者贡献

Alessandro Alleva：概念构思、数据整理、形式化分析、调查研究、方法论、软件、验证、可视化、撰写——初稿。Francesco Guzzi：数据整理、形式化分析、调查研究、方法论、软件、验证、可视化。Massimo Frittelli：概念构思、数据整理、形式化分析、调查研究、方法论、软件、验证、可视化、撰写——审阅与编辑。George Kourousias：概念构思、数据整理、形式化

CRediT作者贡献声明

Alessandro Alleva：撰写——初稿、可视化、验证、软件、方法论、调查研究、形式化分析、数据整理、概念构思。Francesco Guzzi：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、软件、方法论、调查研究、形式化分析、数据整理。Massimo Frittelli：概念构思、数据整理、形式化分析、调查研究、方法论、软件、验证、可视化、撰写——审阅与编辑。George Kourousias：撰写——

Alessandro Alleva|Francesco Guzzi|Massimo Frittelli|George Kourousias|Valentina Bonanni|Alessandra Gianoncelli|Ivonne Sgura|Milan ?i?i?|Benedetto Bozzini