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缺陷氮掺杂碳耦合Co-N5单原子位点用于高效锌-空气电池
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作者 赵磊 张震 +9 位作者 朱昭昭 李平波 蒋金霞 杨婷婷 熊佩 安旭光 牛晓滨 齐学强 陈俊松 吴睿 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期216-224,共9页
锌-空气电池(ZAB)因其能量密度高、环境友好、成本低以及安全性高而备受关注.然而,空气电极上的氧还原反应(ORR)动力学缓慢,严重限制了ZAB的输出功率.尽管铂基催化剂展现出优异的ORR催化活性,但高昂的成本制约其大规模商业化应用.因此,... 锌-空气电池(ZAB)因其能量密度高、环境友好、成本低以及安全性高而备受关注.然而,空气电极上的氧还原反应(ORR)动力学缓慢,严重限制了ZAB的输出功率.尽管铂基催化剂展现出优异的ORR催化活性,但高昂的成本制约其大规模商业化应用.因此,迫切需要开发高效、低成本的ORR电催化剂.研究表明,具有原子分散Co-N4活性位点的Co-N-C单原子催化剂是理想的ORR非贵金属催化剂,但其仍然存在与反应关键中间体结合能较高的难题.目前的研究主要通过调控单原子配位环境与增大活性位点密度来提高Co-N-C催化剂的活性,但如何精确控制中心金属电子结构以及避免高温下金属原子的团聚仍面临巨大挑战.除了单原子活性位点外,催化剂载体的键合结构、电荷分布状态亦会影响载体本身和单原子位点的催化活性.然而,现有的研究主要聚焦于单原子位点或无金属催化剂单方面活性的提升,关于它们之间的相互作用对于催化性能影响的研究相对很少.为了进一步提高Co单原子催化剂的催化活性,本文通过简单的模板法与NH3二次处理策略制备了氮掺杂缺陷碳负载的Co-N_(5)位点单原子催化剂.电感耦合等离子体发射光谱结果表明,单原子Co的金属负载量高达2.57 wt%.此外,相比于未经过NH3二次处理的Co-Nx/HC样品,Co-N_(5)/DHC样品在电子顺磁共振谱中g=2.003处呈现出更明显的共振信号,在C 1s高分辨谱中具有更低的C-C(sp2杂化)/C-N(sp3杂化)比例以及明显增加的吡啶氮信号,证实了Co-N_(5)/DHC显著提升的氮掺杂碳缺陷浓度并具有丰富的边界/缺陷位点.同时,X射线吸收谱与球差矫正透射电子显微镜结果表明所制备的样品为原子分散的Co-N_(5)结构,从而证明成功制备了缺陷氮掺杂碳耦合Co-N_(5)位点单原子催化剂.电化学测试结果表明,缺陷氮掺杂碳耦合Co-N_(5)位点后表现较好的ORR性能,半波电位达到0.877 V,明显� 展开更多
关键词 单原子催化剂 co-n5位点 缺陷氮掺杂碳 氧还原反应 锌-空气电池
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