湖南科技大学《Langmuir》：介孔N-P共掺杂碳纳米片作为中性金属-空气电池的优良阴极催化剂

1成果简介 

在本文，湖南科技大学Aling Chen（第一作者）及易清风教授（通讯作者）等研究人员在《Langmuir》期刊发表名为“Mesoporous N–P Codoped Carbon Nanosheets as Superior Cathodic Catalysts of Neutral Metal–Air Batteries”的论文，研究通过双氰胺、淀粉和三苯基膦的高温热处理以及随后使用NaCl熔盐模板的多孔结构处理制备合成三维多孔N/P共掺杂碳纳米片复合材料 ( CNP@PNS )。

在中性溶液中，CNP@PNS-4催化剂的电催化性能表现出0.98 V（相对于可逆氢电极）的起始电位和0.91 V的ORR半波电位，大大超过了商业Pt/C（40 %）。使用制备的样品作为阴极催化剂构建了三种中性金属-空气电池（Zn-air、Al-air和Fe-air），对应的最大功率密度分别为120.2、78.3和18.9 mW·cm 。此外，在不同电流密度下显示出出色的放电稳定性。密度泛函理论计算描述了确定步骤的自由能的减少和ORR过电位的随后下降。

2图文导读  

图1、 CN@NS 、CNP@NS 、CNP@PNS的制备过程示意图。

图2. 金属-空气电池示意图（a）和组装图（b）。

图3、 样品的 XRD 谱（a）和拉曼光谱（b）；氮吸附-脱附等温线和相应的孔径分布（插图图形）CNP @ PNS-1 （c）中，CNP @ PNS-2 （d），CNP @ PNS-3 （e）和CNP @ PNS-4 （F）。

图4. CNP@PNS催化剂的优化结构，具有CN (a) 和 CP位点；灰色、蓝色、红色、白色和粉色球分别对应于 C、N、O、H 和 P 原子；(b) CN@NS 、CNP@NS和CNP@PNS催化剂在不同位点上的ORR过程的自由能图。

图5.显示了使用所制备样品的阴极催化剂的锌空气电池的性能。

图6、在4mol·L–1NH4Cl 和 1 mol·L–1KCl的混合溶液中使用所制备的催化剂作为阴极的铝空气电池的可行性

图7、使用所制备样品的阴极催化剂的Fe-空气电池在中性电解质中的性能

3小结 

这项工作为改善中性介质中的氧电还原提供了一种新的策略，并为开发更高效、更环保的金属-空气电池提供了更好的可能性。

文献：

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01947

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来源：文章来自Langmuir网站，由材料分析与应用整理编辑。

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