锌-空气电池和催化剂的关系?

锌-空气电池采用 Zn 作为负极，空气作为正极，因此体积小、质量轻。

空气中溶解氧的浓度决定了电池能量密度的上限，同时这也决定了锌-空气电池正极的反应速率。

要想提高反应速率，减少时间耗损，就需要引入催化剂。

催化剂能够加速反应速率，提高反应效率，从而优化锌-空气电池的性能。

尽管坊间一直有关于单原子催化剂 (SACs) 的传闻，但是现阶段，其已被评估出最具潜力的催化剂是双原子催化剂 (DACs)。

双原子催化剂是指在催化反应中，催化剂分子或离子中含有两个原子的催化剂。

这两种单原子同样属于铁，但它们之间有着非常小的距离差，这使得它们可以解离，也可以还原。

随着两种单原子靠近到一定程度，同样会将它们结合成双原子铁。

与此同时，这一过程所需的能量则很小。

这项技术可以使双原子铁系统的催化速率明显高于单原子铁系统，即使后者具有较高的催化活性。

界面锚定策略和单原子调控。

研究小组采用了一项新颖的界面锚定策略，通过精确调控 SAs 之间的距离，实现了高纯度 DACs 的构建。

这一策略有助于了解 SAs 之间的相互作用，以及它们之间距离对催化活性的影响。

研究小组将其应用于焦碳作为支架的方法，成功地从 FeS2 中分离出高纯度 DACs。

接下来，他们对不同种类的 DACs 进行了系统研究，并发现 SASs 之间的距离对其催化活性产生重要影响。

更近的 SAs 导致更强的相互作用，从而提高了催化活性。

此外，支架影响也被发现，导致 DACs 的相互作用增强，这对于催化活性至关重要。

通过这些研究，研究小组为 DACs 汪洋中开发高性能催化剂铺平了道路，为推进全固态电池、锂硫电池等新一代锂电技术的发展提供支持和动力。

新的高效双原子铁催化剂在 Zn-H2O 电解液中展现出优异的催化活性，其氧还原反应速率常数为 12.21 cm3 s1。

与其他非贵金属理论极限相比，这一活性值超过了贵金属 Pt/C（6.71 cm3 s1）。

这表明，该高效双原子铁催化剂展现出卓越的催化性能，是目前已知非贵金属催化剂中的最佳性能之一。

最重要的是，这种新型双原子铁催化剂实现了与 Pt/C 相当甚至更优异的催化活性，并且价格便宜，这是其成为理想候选材料的重要原因。

在双原子铁催化下制造的 Zn-air 电池表现出显着改善，具有可逆放电特性以及比 Pt-C 及其他非金属催化剂更高的充放电稳定性。

Maxpower density 达到 190.6 mW cm2，超过了 3.66 mA cm2 的大于 10 mV cutoff.

此外，该电池还保持了 88.0% 的容量，经过 60 个循环过程没有发生太大变化。

此外，该文献还报道了它们在耐复杂环境和长时稳定性方面具有明显优势。

即使是经过 60 天在 20 ℃ 环境中的静置，也没有观察到放电能量密度下降，保持在 150.4%。

该研究成果具有重要的科研价值和应用前景，为非贵金属 Zn-air 电池催化剂的发展提供了新思路。

首先，该成果通过界面锚定策略成功实现了高纯度双原子铁催化剂的合成，为后来者提供了重要参考。

其次，该研究首次揭示了单原子间距对催化活性的影响，为设计和优化其他类型的且对于双原子催化剂提供了理论依据和实践经验。

最后，该研究展示了双原子 iron 催化剂在 Zn-air 电池中的巨大潜力，预示着这种低成本、高性能的燃料电池将在未来能源应用中发挥越来越重要的作用。

未来，该研究成果可能会进一步推动其他环保电池技术的发展，如锂硫电池和固态电池等。

此外，随着科学技术的不断进步，我们还可以探索其他廉价材料作为替代铂金属的催化剂，从而满足经济和环保两方面的需求。

然而，在推动该技术商业化的过程中，如何控制新材料生产成本将成为关键挑战之一。

最终能否进入市场，将取决于这一突破性技术是否能在成本、性能和稳定性等方面满足产业需求。

此外，该技术还可能会推进无线电源技术的发展，从而减少便携设备对充电线缆的依赖，提高用户体验。

然而，要实现这一目标，还需要进一步探索如何将该技术应用于更大规模上，以满足日常生活中的各种应用场景。