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Science China Materials:金属有机框架衍生的三维有序多孔碳纳米材料用于高效碱性锌空气电池

发布时间:2022-03-21    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]


由于高转换效率和环境友好性,可持续燃料电池和金属空气电池在绿色和可持续能源转换技术方面具有广阔的潜力。然而,阴极复杂的氧还原反应以及高昂的用于氧还原反应的Pt基催化剂严重阻碍了它们的大规模应用。因此,设计和制备高催化活性和高稳定性的非贵金属氧还原催化剂具有重要意义。

近日,温州大学钱金杰副教授等人通过二氧化硅模板法,并以ZIF-8颗粒作为碳源,便捷地合成一种多等级的三维有序多孔碳纳米材料。在进一步通过添加铁源后,高温热解获得的多孔mFeNC-CNT具有超细的Fe纳米颗粒以及由氮掺杂石墨碳配位的原子级分散的Fe-Nx位点。

文章要点:

(1)三维多孔结构降低了扩散传输阻力,而FeN共掺杂材料表现出与商业Pt/C相当的氧还原反应(ORR)性能。同时,在金属催化下得到的交织CNT在电化学过程中进一步缩短了离子和电子的扩散路径

(2)丰富的Fe-Nx位点降低了破坏O=O键的能垒,表现出更高的ORR活性。通过实验和理论证明,优化后的mFeNC-CNT表现出较高的ORR活性,其半波电位为0.908 V。同时,由其制备的锌空气电池具有高达1.556V的开路电压,优于商业铂碳。

总体而言,这项工作为用于能量存储、转换和传输应用的高性能非贵金属基电催化剂的合理设计和简便合成提供了一种有前景的策略。

 

参考文献:

Qiuhong Sun, et al. MOF-derived three-dimensional ordered porous carbon nanomaterial for efficient alkaline zinc-air batteries. Sci. China Mater. (2022).

DOI10.1007/s40843-021-1933-4

https://doi.org/10.1007/s40843-021-1933-4