湘潭大学《Carbon》：功能化杂原子双层碳纳米笼作为锌空气电池的高效氧电催化剂

1成果简介 

为满足高效可充电锌空气电池（ZAB）的需求，迫切需要具有高电催化活性和低成本的非贵重电催化剂来。本文，湘潭大学Wenhui Deng等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Heteroatom functionalized double-layer carbon nanocages as highly efficient oxygen electrocatalyst for Zn-Air batteries”的论文，研究通过 ZIF-8 的热解制备杂原子功能性碳基纳米笼 Zn-NC 。在这个过程中，有机配体转化为部分石墨化的碳，同时还原 Zn 2+与金属 Zn，因此氮掺杂多孔结构和均匀分布的锌赋予 Zn-NC 更多暴露的活性表面。碳化的 ZIF-8 前体与双氰胺和葡萄糖的进一步共热处理导致形成 Zn、N 原子级改性碳材料 Zn-NC/GD。

双壳碳纳米笼结构产生明显的界面特性，可以很好地结合逃逸的金属锌形成Zn-N-C键结构。受益于双碳改性、界面特性和键合结构，Zn-NC/GD 具有出色的半波电位 (0.86 V) 和较低的 Tafel 斜率 (97.8 mV dec -1 )。因此，作为空气电极，Zn-NC/GD 还表现出高开路电压 (1.531 V)、显着的功率密度 (326.1 mW cm -2)，以及优异的比容量（824.7 mAh g zn -1）。关键发现证明了获得用于 ZAB 的碳基电催化剂的有效原子级修饰的潜力。

2图文导读  

图1。Zn-NC/GD整体制备过程示意图。

图2。(a-c) Zn-NC-800 和 Zn-NC/GD 的表面形貌。（d-f）Zn-NC/GD 的 TEM 和 HRTEM 图像。(g) Zn-NC/GD 中的元素分布。

图3。(a) ZIF-8 的 XRD 图案（插入 ZIF-8 的 SEM 图像）。(b) XRD 图。(c) 拉曼光谱的三个样品。(d) 在空气条件下以 5°C min -1的加热速率对材料进行热重分析。(e) N 2吸附等温线。(f) 比表面积和总孔容的柱状分布。

图4。ZN-NC/GD和Pt/C作为ZABs电极材料的电化学性能。

图5。（a）(b)循环前后Zn-NC/GD的SEM图像。(c) 由三个ZAB与Zn-NC/GD空气阴极串联供电的41个LED的照片。

3小结 

这项工作开辟了一条提高高效催化剂的新途径活性并促进材料对可逆能源设备的耐用性。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.10.057

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来源：文章来自carbon 网站，由材料分析与应用整理编辑。

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