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Orbital Coupling Driven Band Remodeling Enables Durable Oxygen Electrocatalysis

双功能 材料科学 电催化剂 联轴节(管道) 化学吸附 化学物理 析氧 氧气 电子结构 纳米技术 合金 动力学 带隙 碳纤维 光电子学 催化作用 解吸 电子能带结构 电化学 电极 轨道能级差 费米能级
作者
Kuixing Ding,Xingping Ge,Liming Zhao,Wenwen Chen,Jingji Zhang,Huanan Yu,Lan Li,Xusheng Wang,Guangyao Hou,Guoqiang Zou,Jiugang Hu,Hongshuai Hou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (33) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202530141
摘要

ABSTRACT Binary alloys are promising bifunctional electrocatalysts for rechargeable zinc‐air batteries (ZABs). However, their activity and durability remain constrained by sluggish kinetics in both oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR/OER). To overcome these challenges, modulating the d ‐orbital electronic structure via orbital coupling provides an effective approach to optimize the chemisorption of oxygen intermediates. Herein, a face‐centered cubic Co 0.5 Ni 0.5 alloy encapsulated within a honeycomb‐like porous N‐doped carbon framework (denoted as fcc ‐Co 0.5 Ni 0.5 @HPNC) was rationally constructed via a ligand‐assisted self‐assembly strategy. Theoretical and experimental analyses reveal that strong Co─Ni orbital coupling induces significant electronic band reorganization, downshifts the d ‐band center, and optimizes the oxygen intermediate adsorption. This electronic modulation facilitates the formation of *OOH and the desorption of *OH, thereby accelerating the kinetics of both ORR and OER. Consequently, fcc ‐Co 0.5 Ni 0.5 @HPNC delivers an ultralow potential gap (Δ E ) of 0.63 V, excellent durability, and superior performance. The assembled aqueous and flexible ZABs achieve open‐circuit voltages of 1.49 and 1.43 V, as well as peak power densities of 187.3 and 76.2 mW cm −2 , respectively. These findings underscore the crucial role of orbital coupling in modulating electronic structures and provide fundamental insights for designing high‐performance alloy‐based bifunctional electrocatalysts.
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