齐鲁工业大学周国伟教授、东安格里亚大学许冠山教授等合作团队《APM》：磷硫化钴纳米颗粒嵌入异质原子掺杂碳的锌空气电池双功能催化

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第一作者：徐小龙

通讯作者：许冠山、许冠南、汪浩、周国伟Doi: 10.1016/j.apmate.2021.12.003

01
研究背景

间歇性和非恒定性可再生能源需要开发高效的能量存储和转换技术。电化学可充电锌空气电池（ZAB）由于其安全性、环保性和高比能量密度而成为储能系统中很有前景的候选者。然而，贵金属Pt、Ir和Ru基电催化剂的成本高、稳定性差和稀缺性一直是ZAB大规模实施的瓶颈。因此，开发具有高反应动力学的非贵金属电催化剂对于预期的可再生能源技术非常必要。沸石咪唑酯骨架（ZIF）衍生的杂化物可以充分暴露活性催化位点并由于高孔隙率和大表面积促进传质，这有利于良好的催化性能。杂原子掺杂是一种有效的策略，用于调节反应自由能和电子结构，以提高电催化剂的催化性能。此外，碳中掺杂的杂原子（如N、S和P）可以有效地极化相邻的碳原子并改变电子结构，提供更多的活性位点并降低O₂的反应吸附自由能以获得高ORR和OER活性。因此，通过同时在钴硫化物和碳上掺杂杂原子来开发ZIF衍生的金属硫化物/碳杂化物对ZAB的ORR/OER动力学提高是非常可取的，但具有挑战性。

02
创新点

1. 以沸石咪唑酯骨架-67为模板前驱体设计并合成了S、P、N三掺杂碳(SPNC)封装的磷硫化钴(CoPS)纳米粒子双功能电催化剂，用于氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)。

2. 具有CoPS@SPNC的柔性锌空气电池具有0.49 V的低过电位、80%以上的高能效和1.29 V的稳定放电电压，在2 mA cm^-2下持续工作80小时以上。

03
作者简介

徐小龙博士毕业于北京工业大学，师承于汪浩教授；现为齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学院直聘副教授，Frontiers in Materials期刊审稿编辑。理论研究方面：从事于电化学储能材料和器件的研究，主要包括金属有机框架、电池材料、碳材料、金属空气电池、金属离子电池和铅酸电池等；应用研究方面：从事于商业化磷酸铁锂正极材料的改性、废旧锂离子电池回收处理和铅酸电池负极改性等研究。在Advanced Powder Materials、Materials Horizons、Nano-Micro Letters、Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production、Journal of Energy Chemistry等国际期刊发表论文30余篇。

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周国伟，博士，二级教授，博士生导师，山东省有突出贡献中青年专家，山东省优秀科技工作者，山东省优秀研究生导师，享受国务院政府特殊津贴。1986、1989、2001年获山东大学学士、硕士、博士学位，2002和2005 年分别在韩国釜庆大学和香港科技大学从事博士后研究。主要从事介孔材料的可控制备及在催化、能源存储与转化等领域研究。主持国家自然科学基金４项，在Advanced Powder Materials、Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry、Nano Research等期刊上发表SCI收录论文110余篇，获山东省科学技术奖二等奖３ 项，获国家授权发明专利40余件。

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04
文章信息

Xiaolong Xu, Shuo Wang, Shiquan Guo, Kwan San Hui, Jiameng Ma, Duc Anh Dinh, Kwun Nam Hui, Hao Wang, Lipeng Zhang, Guowei Zhou. Cobalt Phosphosulfide Nanoparticles Encapsulated into Heteroatom-Doped Carbon as Bifunctional Electrocatalyst for Zn-Air Battery. Advanced Powder Materials, https://doi.org/10.1016/j.apmate.2021.12.003.

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