李玉良院士Angew：集成电催化剂助力高耐久性锌空电池

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-31 08:18

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氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的高效双功能电催化剂是可充电金属-空气电池等清洁能源应用的关键。其中，高效双功能电催化剂一直是研究人员关注的焦点。

在此， 中国科学院化学研究所李玉良团队 建立了一种创新的连续生长策略。研究显示，作者制备了一种集成Janus结构Co ₃ O ₄ /CoNGDY催化剂实现了高度耐用的锌-空气电池。

其中，Co ₃ O ₄ /CoNGDY嵌入绣球状N掺杂石墨二乙烯（NGDY）中，NGDY接触部位的CoNGDY和上部的Co ₃ O ₄ （Co ₃ O ₄ 作为OER催化剂，CoNGDY作为ORR催化剂）。由于集成结构内电荷转移不完全，NGDY降低了Co位点的d带中心，从而平衡了中间产物的吸附强度，提高了ORR/OER的催化活性。

基于Co ₃ O ₄ /CoNGDY的可充电锌-空气电池表现出优异性能，比容量高达746.8 mAh g ^-1 ，使用寿命超过5000小时。基于Co ₃ O ₄ /CoNGDY的可回收模块化圆柱形固态锌空气电池的功率密度高达167.6 mW cm ^-2 。

图1. Co ₃ O ₄ /CoNGDY的制备过程及结构表征

总之，该工作通过自组装方式开发出了一种新型双功能电催化剂（Co ₃ O ₄ /CoNGDY）。结果显示，由于NGDY的引入，降低了Co的d带中心，平衡了中间产物的吸附强度，OER/ORR的过电位降低。Co ₃ O ₄ /CoNGDY既具有高催化活性，又具有ORR和OER的持久性。基于Co ₃ O ₄ /CoNGDY的水系ZABs具有高比容量和超过5000小时的长期稳定性。

此外，基于Co ₃ O ₄ /CoNGDY的圆柱形可充电固态ZABs实现了模块化、可回收性和安全性，并具有高功率密度（167.6 mW cm ^-2 ）。因此，该工作为开发性能卓越的双功能电催化剂提供了创新方法和有效技术。

图2. 机制探究

​李玉良院士Angew：集成电催化剂助力高耐久性锌空电池

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