Developing a class of dual atom materials for multifunctional catalytic reactions

催化作用 材料科学 纳米技术 Atom(片上系统) 分解水 合理设计 纳米颗粒 原子经济 化学工程 组合化学 化学物理 化学 计算机科学 有机化学 光催化 工程类 嵌入式系统
作者
Xingkun Wang,Liangliang Xu,Li Cheng,Canhui Zhang,Hanxu Yao,Ren Xu,Peixin Cui,Xusheng Zheng,Meng Gu,Jinwoo Lee,Heqing Jiang,Minghua Huang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:84
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42756-8
摘要

Dual atom catalysts, bridging single atom and metal/alloy nanoparticle catalysts, offer more opportunities to enhance the kinetics and multifunctional performance of oxygen reduction/evolution and hydrogen evolution reactions. However, the rational design of efficient multifunctional dual atom catalysts remains a blind area and is challenging. In this study, we achieved controllable regulation from Co nanoparticles to CoN4 single atoms to Co2N5 dual atoms using an atomization and sintering strategy via an N-stripping and thermal-migrating process. More importantly, this strategy could be extended to the fabrication of 22 distinct dual atom catalysts. In particular, the Co2N5 dual atom with tailored spin states could achieve ideally balanced adsorption/desorption of intermediates, thus realizing superior multifunctional activity. In addition, it endows Zn-air batteries with long-term stability for 800 h, allows water splitting to continuously operate for 1000 h, and can enable solar-powered water splitting systems with uninterrupted large-scale hydrogen production throughout day and night. This universal and scalable strategy provides opportunities for the controlled design of efficient multifunctional dual atom catalysts in energy conversion technologies.
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