Fe,N,S联合合的碳网由乙改性Fe-ZIF-8衍生而成,用于氧降解反应
Junyuan Zhang1, Ziwei Deng1, Shuli Bai1
1Jiangmen Key Laboratory of Synthetic Chemistry and Cleaner Production, School of Environmental and Chemical Engineering; Institute of Carbon Peaking and Carbon Neutralization, Wuyi University, Jiangmen 529020, China.
这项研究引入了一种新的Fe,N,S共碳电催化剂,用于增强氧降解反应 (ORR) 活性. 由纳米纤维网格中嵌入的酸盐修饰的Fe-ZIF-8衍生而成的等级性多孔催化剂,在ORR和Zn-air电池中表现优于商业Pt/C.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 开发高效的氧降解反应 (ORR) 电催化剂对于能量转换装置至关重要.
- 金属有机框架 (MOF) 为催化剂设计提供可调节的结构.
- 层次性多孔碳材料由于其高表面积和可访问的活性点,对电催化有很大的希望.
研究的目的:
- 合成一种具有层次性多孔结构的新型Fe,N,S共碳电催化剂.
- 为了增强氧降解反应 (ORR) 的催化活性及其在 Zn-空气电池中的性能.
- 为先进的ORR催化剂提供简单的制造战略.
主要方法:
- 在合成Fe-ZIF-8期间使用酸 (KAc) 来增加Fe含量和孔隙生成.
- 电嵌入了KAc修饰的Fe-ZIF-8到一个多烯二烯纳米纤维网格中,形成一个层次性的多孔网络复合材料 (Fe@NC-Ac).
- 铁@NC-Ac与硫氨酸的联合热解产生了Fe,N,S联合合的碳电催化剂.
主要成果:
- 与商业Pt/C相比,准备的Fe,N,S共碳催化剂表现出更高的ORR活性,具有更高的起始电位 (1.08V vs. 0.95V) 和半波电位 (0.94V vs. 0.84V).
- 当组装到Zn-空气电池中时,催化剂表现出比商业Pt/C更高的开放电路电压 (1.698V vs. 1.402V) 和峰值功率密度 (90mW cm−2 vs. 80mW cm−2).
- 层次性的多孔结构和Fe,N和S的协同兴奋剂有助于提高电化学性能.
结论:
- 开发的催化剂为ORR和Zn空气电池的基催化剂提供了一个有希望的替代品.
- 在MOF合成和随后的电/热解过程中纳入KAc的策略对于创建高性能电催化剂是有效的.
- 这项工作为设计用于能源应用的先进层次性多孔碳材料提供了可行的途径.
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