吴苗苗/刘瑞平/陈亦皇Small: 缺陷工程化的Co3O4@ND-CN用于高效电催化ORR/OER
2023-12-23
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相对于理论能量密度较低的锂离子电池(LIB)，具有大的理论比容量的金属空气电池(MAB)越来越受到人们的关注。然而，析氧和氧还原反应(OER/ORR)的内在缓慢动力学严重限制了MAB的整体能源效率和进一步的商业化，开发廉价、稳定、高效的双功能氧催化剂以促进MAB的实际应用具有重要意义。近日，中国矿业大学(北京)吴苗苗、刘瑞平和温州大学陈亦皇等通过在富含氮缺陷的gC3N4(ND-CN)基底上原位沉积ZIF-67前驱体，然后进行石墨化和氧化，合成了Co3O4@ND-CN双功能氧电催化剂。具体而言，基于Co3O4@ND-CN的可充电锌-空气电池显示出≈60%的卓越往返效率和长期耐用性(超过340次循环)，超过了目前报道的最先进的贵金属电池。此外，使用Co3O4@ND-CN作为电极的锂氧电池表现出优异的最大放电/充电容量(9838.8/9657.6 mAh g-1)、低的放电/充电过电位(1.14 V/0.18 V)和出色的循环稳定。实验和密度泛函理论计算表明，Co3O4@ND-CN的优异的电化学性能源于催化剂的成分(即缺陷工程)和结构(即具有丰富孔隙率的褶皱形态)的精心设计以及Co3O4和ND-CN之间明确的协同作用(在催化剂上产生了有利的表面电子环境)。更重要的是，通过扩展，可以合理设计和制造具有可调节缺陷、结构和增强活性的丰富多样的其他金属氧化物@ND-CN，用于催化性能的科学研究和可再生能源转换和存储系统的技术开发。Defect-Engineered Co3O4@Nitrogen-Deficient Graphitic Carbon Nitride as an Efficient Bifunctional Electrocatalyst for High-Performance Metal-Air Batteries. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202194
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