合理設(shè)計(jì)一種高效且穩(wěn)定的多功能電催化劑來(lái)取代貴金屬催化劑是極其需要的，但也極具挑戰(zhàn)性。在該研究中，通過(guò)熱解石墨烯-超分子復(fù)合物，合成了富含缺陷的氮摻雜石墨烯封裝的金屬納米顆粒。所獲得的催化劑顯示出優(yōu)異的ORR性質(zhì)，OER性質(zhì)和HER性質(zhì)，在0.1 M KOH溶液中，其性能指標(biāo)分別為半波電位E1/2 = 0.864 V，10 mA/cm2電流密度時(shí)，OER過(guò)電位η= 383 mV，而HER過(guò)電位η= 193 mV。將該材料裝入可充電的鋅空電池中，、峰值功率密度為205 mW/cm2，循環(huán)壽命為667 h。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，M–Nx成分的形成和缺陷的N摻雜石墨烯促使了良好的ORR活性，而好的OER和HER活性則歸因于富含缺陷的N摻雜C和Co核的存在。這一研究發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)兼具多功能催化活性和高穩(wěn)定性的電催化劑提供了的重要的見(jiàn)解。
Figure 1. CoDNG900樣品的制備示意圖。
Figure 2. (a) 各種催化劑的 XRD圖, (b, c) CoDNG900的TEM圖，(d-f) HRTEM圖, (g) HAADF掃描TEM圖和(h-n)相應(yīng)的元素分布。
Figure 3. ORR性質(zhì)。（a）各種催化劑在O2飽和的0.1 M KOH溶液中（轉(zhuǎn)速：1600 rpm，掃描速率：5 mV/s）的LSV曲線，（b）相應(yīng)的Tafel圖，（c）所有催化劑的半波電位和起始電位，（d）CoDNG900和Pt/C在0.6 V（轉(zhuǎn)速：1600 rpm）時(shí)的i-t曲線，（e）耐甲醇性測(cè)試，（f）在1.15 V電位下，Δj= ja – jc相對(duì)于一系列掃描速率繪制的曲線。
Figure 4. OER性質(zhì)和HER性質(zhì)。（a）所有催化劑在O2飽和的0.1 M KOH溶液中的LSV曲線，以及（b）相應(yīng)的Tafel圖，（c）所有催化劑的△E，（d）所有催化劑于Ar飽和的0.1 M KOH溶液中的LSV曲線以及相應(yīng)的（e）Tafel圖，（f）催化劑在10 mA/cm2電流密度時(shí)的OER和HER過(guò)電位比較。
Figure 5. (a) 開(kāi)路電壓時(shí)的曲線，(b) 放電極化曲線和相應(yīng)的功率密度，(c) CoDNG900 和Pt + IrO2基鋅空電池的充放電極化曲線，(d) 初始的 1˜10圈, (e) 990˜1000圈和 (f) 1990˜2000圈 恒電流充放電曲線，(g) 循環(huán)性能，(h) 鋅空電池示意圖。
相關(guān)研究工作由南開(kāi)大學(xué)Weichao Wang課題組于2020年發(fā)表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。原文：Trifunctional Co nanoparticle confined in defect-rich nitrogen-doped graphene for rechargeable Zn-air battery with a long lifetime。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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