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成果简介
高效的金属空气电池需要低成本的活性催化剂用于氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)。本文,华东理工大学胡硕真、张新胜教授等研究人员在《ChemistrySelect》期刊发表名为“Fe3C Decorated N, Fe Co-Doped Hollow Carbon Microspheres as Efficient Air Electrode Catalyst for Zinc-Air Battery”的论文,研究提出一种简单的缩聚/热解方法,以三聚氰胺、d-葡萄糖和六亚甲基四胺为前体合成 Fe 和 N 共掺杂的空心碳球 (Fe-M/G/H)。通过以Fe为催化剂的N掺杂碳球的热解制备中空结构。
空心微球结构不仅暴露出更多的活性位点(掺杂-N、Fe-N x和Fe 3 C),而且还促进了O2的传质. Fe-M/G/H在碱性介质中具有优异的ORR性能,具有高极限电流密度(5.09mA cm -2)和半波电位(0.80V)。Fe-M/G/H 的OER活性优于商业 Pt/C。Fe-M/G/H组装的锌空气电池表现出高峰值功率密度(90.27mW cm-2)和长稳定性。该研究为设计具有均匀分散的Fe-Nx /Fe3C活性位点和高掺杂N 浓度的中空碳催化剂提供了一种新方法。
图文导读
方案一、Fe-M/G/H的合成过程
图2、(ab) SEM 图像,(c) EDS 光谱,和 (d) Fe-M/G/H 的元素含量。
图3、(a) XRD 图案,(b) C 1s 的 XPS,(c) M/G/H-800 和 Fe-M/G/H 的 XPS N 1s 光谱,和 (d) XPS Fe 2p 核心级光谱铁-M/G/H。
图4、(a) LSV 和 (b) 扩散限制电流密度和半波电位,(c) M/G/H-800、20 wt % Pt/C 和 Fe-M/G/H 催化剂的 Tafel 图,(d ) Fe-M/G/H 在不同转速下的 LSV(插图:电子转移数),(e) OER LSV,和 (f) Fe-M/G/H 和 20 wt % 的 ORR 和 OER 活性的比较在O 2饱和的0.1 M KOH溶液(1600 rpm)中的Pt/C催化剂。
图5、(a) 一次锌空气电池的示意图,(b) 放电极化,(c) 使用 Fe-M/G/H 和 20 wt % Pt/C 作为空气阴极的锌空气电池的功率密度曲线, (d) 可充电锌空气电池在 Fe-M/G/H 和 20 wt % Pt/C 催化剂上的性能,循环速率为 10 mA cm -2,持续时间为 20 分钟/循环。
小结
总之,成功地合成了具有精细和高度分散的 Fe-Nx部分、掺杂的N和Fe3C颗粒的空心碳微球,用于ORR和OER。这里的工作为合理设计具有大表面积空心微球和高度分散的Fe-N x、掺杂的N和Fe3C活性位点的Fe-N-C催化剂提供了一种新方法。
文献:
https://doi.org/10.1002/slct.202201503
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