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化学掺杂和调整电子结构增强尖晶石ZnCo2O4可逆氧催化活性

当前锌空电池发展的最大瓶颈是如何加快阴极发生的氧还原反应。此氧还原反应速率的快慢直接决定了锌空电池在放电过程能量的转换效率和输出功率。金属铂及其合金材料被认为是催化该氧还原反应活性最高的材料,但是其昂贵的价格制约了其广泛使用。因此,当前关于锌空电池的氧还原催化剂的研究重点仍集中在寻找高活性且廉价的金属基或碳基材料。在众多铂催化剂的替代品中,四氧化三钴(Co3O4)因其低廉的价格、丰富的储量和潜在优良的催化性能吸引了大批研究者。然而受制于较低的导电性,Co3O4的催化活性仍未被完全展现。如何提高Co3O4的本征导电性将是提升锌空电池阴极氧还原反应的催化效率的关键。

皇冠9393体育平台刘兆清团队和澳大利亚阿德莱德大学马天翼博士合作提出了一种减小材料尺寸/晶体尺寸、杂原子掺杂和缺陷策略调节氧化物的电子填充,从而提升催化剂导电性。通过将ZnCo2O4与杂原子掺杂碳纳米管结合来实现优异的氧还原反应(ORR)性能。研究表明:尖晶石结构四面体间隙A位上较强的Zn2+-O键降低了Co3+-OH的键合强度,碳载体上杂原子强的电负性效应可以有效的调节碳原子电子云密度,从而加速可逆氧催化过程O2-/OH-的位移。相关工作发表在Adv. Mater. (ZnCo2O4 Quantum Dots Anchored on Nitrogen Doped Carbon Nanotubes as Reversible Oxygen Reduction/Evolution Electrocatalysts)。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201506197

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