成果简介

探索和开发用于氧还原反应(ORR)的具有成本效益、超长耐久性和高性能的非 贵金属 催化剂 来替代用于 电化学 能量转换装置的铂基催化剂仍然是一个巨大的挑战。尽管几种类型的非贵金属催化剂(N 掺杂 石墨烯 、过渡 金属 纳米粒子、单原子金属-氮-碳等)声称与商业 Pt/C 相比具有相当或压倒性的催化性能,但它们的长效耐久性,特别是在苛刻的电解质中,对于实际应用仍然不能令人满意。

本文,湖南大学Huanxin Li、、Haihui Zhou,Zhongyuan Huang等研究人员在《Adv.Funct.Mater》期刊发表名为“Non-Noble-Metal Catalyst and Zn/Graphene Film for Low-Cost and Ultra-Long-Durability Solid-State Zn-Air Batteries in Harsh Electrolytes”的论文,研究合成并研究了经典的FeC-NG催化剂,以了解Zn-Air电池中的催化和降解行为。实验分析和理论计算表明,由 Fe3C量子点 (QD) 和N掺杂石墨烯碳 (Fe3C-NG) 形成的莫特-肖特基异质结提高了 ORR,因为Fe3C量子点提供了快速的电子转移到NG的价带。分子动力学模拟表明,NG中的石墨烯结构在腐蚀性极强的电解液中相对稳定,从而避免了Fe3C NG催化剂的腐蚀,提供了1.506V的高开路电压、706.4Wh kg–1的高能量密度,以及1000h的长期稳定性。

图文导读

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图1、Fe3C@N/MCHSs 和 Fe3C-NG Mott-Schottky异质结的制备示意图。

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图2、所制备的Fe3C@N/MCHS的形态表征

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图3、a) 泡沫镍上Fe3C@N/MCHSs正极的制造工艺,b) 固态电解质的制备,以及 c) 柔性锌/石墨烯负极的制备。

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图4、电化学性能

小结

这项工作为用于ORR的非贵金属Fe3C-NG异质结构催化剂提供了一些新的见解,也为制造低成本、高能量密度和长期循环锌-空气电池提供了新的方法。

文献:

https://doi.org/10.1002/adfm.202200397

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