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北京化工大学《AFM》：用便携设备的新型单原子集成电极

 

便携式和可穿戴电子设备的快速发展激发了对新型灵活的能量存储和转换设备的需求。这些能源设备(如燃料电池和金属-空气电池)需要高性能电极和高效、经济的电催化剂。因此，合适的电催化剂必须具有快速的电化学反应、优异的机械柔性、高导电性和良好的稳定性。高效低成本电极在燃料电池和金属空气电池等先进能源设备的开发中发挥着关键作用。然而，电极性能通常受到活性位点利用率低的限制，这导致能量密度显著下降。

通过研究，LDHs中的MA分子提供C—N活性位点，提高碳催化剂的固有ORR和OER活性，而PA分子在IE-SACs上形成多孔结构，促进传质。所制备的离子交换膜囊表现出优异的双功能ORR/OER电催化活性和稳定性。IE-SAC直接组装成锌空气电池(ZAB)，比容量为690.3 mAh g1，能量密度为963.3 Wh kg1。此外，制成的全固态ZAB表现出优异的放电/充电性能(1mA cm2为1.79/1.23 V)、电化学稳定性和灵活性，表明其在便携式能源设备中具有巨大的应用潜力。

采用文中提出的限制合成策略，在柔性碳布（CC）上，通过水热法生长插层有机分子（MA和/或PA）的CoAl-LDH合成了IE-SACs，然后是热解和酸蚀（方案1）。图1a显示了由CoAl-LDH与PA和MA共插层的IE-SAC的图片，在各种弯曲条件下表现出良好的柔韧性。IE-SAC（PA+MA）的扫描电子显微镜（SEM）图像（图1b）显示了由垂直生长的纳米片（直径约2m；厚度约40 nm）组装而成的均匀阵列结构。

总之，以乳酸脱氢酶为前驱体，采用一种新的限制合成策略成功地制备了碳纳米片上高分散钴单原子的集成电极。由于具有层间分子的LDHs的多功能性，所提出的基于转化的限制合成策略可以扩展到制备其他的集成SACs。