ゼオライトとコバルトナイトライドの同時構築による高効率の酸素電気触媒化のためのコバルトセレン化物における相転移の調整

コバルトセレン化物（CoSe2）の相変化は、その内因的な電気触媒活性を効果的に調整することができます。しかし、CoSe2の電気伝導性と触媒活性/安定性の向上は依然として課題です。ヘテロ構造エンジニアリングは、CoSe2ベースの触媒上での酸素電気触媒化の動力学を促進するために界面特性を最適化する手段として有望です。本研究では、空洞カーボンケージに埋め込まれたCoSe2とコバルトナイトライド（CoN）からなるヘテロ構造を、同時の相/界面エンジニアリング戦略により設計しました。特に、コバルトナイトライドの形成を伴う斜方晶コバルトセレン化物（orthorhombic-CoSe2）から立方晶コバルトセレン化物（c-CoSe2）への相転移が実現され、c-CoSe2 /CoNヘテロ界面が構築されます。この界面は酸素還元反応/酸素発生反応（ORR/OER）に対して優れた/高い安定性を示します。特に、ヘテロ構造は局所的な配位環境を調整し、Co-Se/N結合長を増加させることができます。理論計算により、ファーミ準位付近に電子状態を持つCoサイト（c-CoSe2）がORR/OERの主要な活性部位であることが示されています。ヘテロ構造におけるc-CoSe2のCo原子のd軌道電子構造のエネルギー調整は、ORR/OERに対する熱力学的障壁を低下させます。魅力的なことに、c-CoSe2 -CoN陰極を持つ亜鉛空気電池は優れたサイクル安定性（250時間）と充放電電圧損失（0.953/0.96 V）を示します。これは、ヘテロ界面エンジニアリングがコントロールされた相転移を伴う金属セレン化物の二官能的活性の調整にオプションを提供することを強調しています。