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兰州大学《Nano Res》:Mn,N共掺杂的Co纳米粒子/多孔碳,用于高性能可充电锌空气电池

发布时间:2021-9-18 11:40:23      阅读976

  1成果简介
  氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)一般由贵金属(Pt)和金属氧化物(IrO2)催化,存在价格昂贵、选择性差、稳定性差等缺点。本文,兰州大学彭尚龙教授团队在《Nano Res》期刊发表名为“Mn, N co-doped Co nanoparticles/porous carbon as air cathode for highly efficient rechargeable Zn-air batteries”的论文,研究提出一种由碳化金属有机骨架(MOF)衍生物制备的MnO掺杂CoNx/N-PC复合材料(Mn-CoNx/N-PC)作为双功能电催化剂,以同时提高ORR和OER催化性能。
  N与金属元素之间有很强的配位作用,因此引入N可以明显提高用于ORR的Co-N-C催化活性中心的含量。同时,Mn掺杂显著调节了Co元素的电子结构,增加了Co0的含量,从而提供了有效的OER活性中心。实验结果显示,Mn-CoNx/N-PC催化剂具有超强的双功能电催化活性,半波电位为0.85 V,优于20%Pt/C催化剂(0.82 V)。进一步的,将Mn-CoNx/NPC电催化剂用于锌-空气电池,其具有较高的功率密度(145 mW cm−2)和良好的循环性能。
  2图文导读 

 

  方案1:Mn-CoNx/N-PC的制备工艺

 

  图1(a)MOF前驱体的SEM图。( b ) TEM 图像,( c ) HR 图像和( d ) CON / N-PC 催化剂的能量色散X 射线光谱( EDS ) 绘图

  图 2 、(a) XRD 和 (b) CON、/N-PC MN-CONN-PC 和 Mn/N-PC 电催化剂的拉曼光谱 (c) XPS 测量光谱和 (d) - (f) Mn2p 的精细光谱 , Co 2p3 / 和 N 1s 的 MN-CON / n-pcand CON / n-pc 电催化剂

 

  图 3 (a) Mn-CoNx/N-PC、CoNx/N-PC、Mn/N-PC 和 Pt/C 的 ORR 的电化学性能

 

  图4(a)MN-CON、/N-PC-CON、/N-PC MN/N-PC和Pt/C+Iro2作为双功能电催化剂的电位差。(b)ZABS方案。(c)功率密度和(d)MN-CON/N-PC和PU/c+Ruo2催化剂的充放电测试。
  3小结
  本研究为构建低成本、高效率、耐用的锌-空气电池过渡金属基双功能电极提供了一种简便的方法。

  来源:材料分析与应用

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