边缘替代物和中心金属优化促进基于氨酸的共价有机聚合物中的氧气电催化
Hongyan Zhuo1, Qiming Ye1, Shaoze Wang1
1School of Materials Science and Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, PR China.
这项研究开发了基于甲的新型共价有机聚合物 (COP) 作为氧降解 (ORR) 和氧演化 (OER) 反应的高效非高尚电催化剂. 双金属CoNi-COP-1在空气电池中表现出卓越的双功能活性和性能.
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:
- 开发高效的非高尚电催化剂对于空气电池 (ZAB) 等可再生能源设备至关重要.
- 氧降解反应 (ORR) 和氧演化反应 (OER) 是ZAB中的关键过程,需要有效的催化剂.
- 共价有机聚合物 (COP) 为催化应用提供可调节的结构.
研究的目的:
- 设计和合成新的基于基的基基聚合物与ORR和OER的不同边缘替代物.
- 通过修改电子属性来研究这些COP的结构-活性关系.
- 为ZABs开发一种高度活跃和稳定的双功能电催化剂.
主要方法:
- 基于四种基基的单合成 (COPs-1-4) 与不同的边缘替代剂 (-tBu, -Me, -F, -CF3).
- 电化学表征包括半波电位 (E1/2) 和超电位 (η) 测量.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以了解电子结构和反应机制.
- 合成和表征一个双金属CoNi-COP-1,将Ni (II) 和Co (II) 纳入氨酸中心.
主要成果:
- 使用电子捐赠-tBu替代物的COP-1表现出最高的ORR半波潜力 (0.84V与RHE),与Pt/C相比.
- DFT计算证实了电子捐赠群减少ORR中速度决定步骤的吉布斯自由能量.
- 由于协同效应,双金属CoNi-COP-1显示出增强的ORR/OER双功能活性 (E1/2 = 0.85V, η = 0.34V在10mA cm-2)
- 基于CoNi-COP-1的ZAB实现了高功率密度 (94.10 mW cm-2),特定容量 (841.71 mAh gZn-1),以及长时间的耐用性 (>160,000 s).
结论:
- 基于COP的非贵金属电催化剂的合理设计可以通过优化金属中心和协调环境来实现.
- 双金属CoNi-COP-1是空气电池的有希望的高性能催化剂.
- 这项工作为开发用于可再生能源应用的先进电催化剂提供了途径.
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