محفزات كهربائية ذات ذرات فردية مع هيكل مدعوم ذاتيًا تجاه تفاعل مرتبط بالأكسجين

مُلخص: لقد أظهرت المحفزات الكهربائية ذات الذرات الفردية (SACs) وعدًا كبيرًا في مجالات الكهروكيمياء بفضل أقصى استفادة نظرية من الذرات (100%). ومع ذلك، لا يزال بعيدًا عن التوقعات في التطبيقات العملية بسبب الاحتجاز داخل الدعامات وسدها بالتجمع. هنا، يتم الإبلاغ عن مصفوفات أحادية الكربون المدعومة ذاتيًا والمكونة من محفز كهربائي أحادي الذرات Co (SS‐Co‐SAC) تجاه تفاعل مرتبط بالأكسجين وبطاريات الزنك-الهواء. من المثير للإعجاب أن SS‐Co‐SAC الذي تم تصنيعه حديثًا يعطي استخدامًا محسّنًا بشكل ملحوظ للمواقع النشطة (≈22.3%@2.3 wt%) نتيجة تشتت ذرات Co الفردية ضمن هيكل مصفوفات نانو ورقية فريدة، وهو أعلى قيمة بين النتائج المبلغ عنها الأخرى. وبتسخير الفائدة من الاستخدام العالي للمواقع النشطة، يُظهر قطب SS‐Co‐SAC أداءً كهروكيميائيًا استثنائيًا لكل من تفاعل اختزال الأكسجين (ORR) وتفاعل تطور الأكسجين (OER). ومن الجدير بالذكر أن قيمة تواتر الدوران لـ ORR تُحدد بحوالي ≈9.26 ثانية −1، والذي يمثل أعلى مستوى بين المحفزات الكهربائية الخالية من المعادن النفيسة المبلغ عنها سابقًا. علاوة على ذلك، ككاثود هوائي لبطاريات الزنك-الهواء مع SS‐Co‐SAC، تم تحقيق كثافة طاقة تبلغ 195.1 مللي واط سم −2 ومتانة قوية. يُعتقد أن هذه الدراسة ستوجه التصميم المستقبلي للمحفزات ذات الذرات الفردية النشطة والمتينة لكل من البحث الأساسي والتطبيقات العملية.