Nano Research | 仿水母结构的高活性和抗菌型氧还原催化剂

原创中文推送链接  2023-09-01 16:06 发表于北京

转载推送链接   2023-10-05 09:01 发表于上海

通过模拟水母的结构和功能，以ZIF-8为前驱体设计Fe团簇负载在连接CuNC碳纳米管上（Fe@CNT@CuNC）的水母状催化剂。这种仿水母结构的高活性和抗菌型氧还原催化剂具有良好的抗菌能力和活泼的ORR催化特性。其中Cu通过产生活性氧和释放抗菌的Cu⁺，抑制阴极生物膜的生长，实现快速地传输物质。CNTs作为连接Fe团簇和CuNC的桥梁，加速了电子从Fe向CuNC的转移。N原子引起的电荷重排，优化了Fe和Cu位点的氧吸附能。该催化剂组装的器件在运行过程中表现出0.86 V的半波电位，0.95 V的起始电位。经过500 h的持续运行，MFCs的最大功率密度为1,600 mW m^-2。

本工作通过高仿水母具有独特的结构和功能，包括浮球、伞状体、触角和口腕等，通过简单的实验方法获得了水母状的氧还原催化剂Fe@CNT@CuNC。其中，CuNC是具有抗菌性的保护壳，Fe团簇作为ORR催化剂的活性位点可以捕获氧气，连接Fe团簇和CuNC的CNTs形成快速的电子传输通道，提高电子转移效率。由此显著提升了过渡金属铁基氮掺杂碳催化剂抗菌能力和催化作用。这项工作从高仿水母结构和功能出发，设计和制备出具有抗菌性能力强和催化活性高的氧还原催化剂。为实现双碳战略下加快推进实用型微生物燃料电池技术提供了借鉴经验。

原文链接：Jellyfish bio-inspired Fe@ CNT@ CuNC derived from ZIF-8 for cathodic oxygen reduction