作为无金属双功能氧气电催化剂的共价有机框架衍生,双碳
Wei Li1, Jingyun Wang1, Chunguang Jia2
1State Key Laboratory of Molecular & Process Engineering, Shanghai Key Laboratory of Green Chemistry and Chemical Processes, School of Chemistry and Molecular Engineering, East China Normal University, Dongchuan Road 500, Shanghai 200241, China.
研究人员开发了一种和联合的多孔碳催化剂 (F-NPC) 用于空气电池. 这种无金属催化剂对氧气演变和还原反应表现出极好的双功能活性,性能优于商业催化剂.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 无金属碳催化剂对于高效的空气电池至关重要.
- 开发用于氧演变反应 (OER) 和氧减少反应 (ORR) 的双功能催化剂仍然具有挑战性,因为动力学缓慢.
- 异质原子兴奋剂,特别是用 (F) 和 (N),是增强催化活性的一个有希望的策略.
研究的目的:
- 为了合成一种新的和联合的多孔碳 (F-NPC) 催化剂.
- 研究F-NPC在性介质中的OER和ORR的双功能催化活性.
- 为了评估空气电池中F-NPC的性能.
主要方法:
- 采用了一种自我牺牲的模板策略,使用含和的共价有机框架 (F-COF).
- 通过F-COF前体的直接热解制造F-NPC催化剂.
- 描述了催化剂的结构,组成和电化学性能.
主要成果:
- 在多孔的碳结构中实现均分布的F和N异构原子活性位点.
- F-NPC催化剂对OER和ORR都表现出增强的电催化活性,这归因于F诱导的缺陷和协同的NF效应.
- 与商业Pt/C + RuO2.2相比,F-NPC催化剂在Zn-空气电池中表现出卓越的性能,实现了高峰功率密度 (206.3 mW cm−2) 和出色的稳定性.
结论:
- 通过模板工程策略合成的F-NPC催化剂显示出对先进的储能应用的重大前景.
- 孔隙结构,F-doping和N-doping的组合为双功能氧气电催化产生了高度活跃的区域.
- 这种无金属催化剂为高性能空气电池的贵金属基催化剂提供了有竞争力的替代品.
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