Fe2N@NCNTs作为高效的锌空电池催化剂

研究背景

随着经济的快速发展，对储能设备的需求日益迫切。质子交换膜燃料电池(PEMFC)、微生物燃料电池(MFC)、锌-空气电池(ZAB)作为新兴能源的代表，在电化学能量转换和存储方面得到了广泛的探索。然而，阴极氧还原反应(ORR)的迟滞动力学限制了其广泛的应用范围。Pt/C一直被认为是ORR的最先进的催化剂，但它仍然存在天然丰度低、成本高、稳定性差等固有缺陷。因此，设计和构建高效的碳基材料ORR电催化剂是迫切的。

研究内容

基于此，温州大学金辉乐和王娟等通过生物富集的方式制备了一种Fe2N@NCNTs催化剂并在宽泛的pH中表现出优异的ORR性能。当将其作为ZAB的空气阴极时，也表现出了比Pt/C高的性能。

研究要点

1. Fe2N@NCNTs在0.5 M H2SO4 (E1/2=0.77 V), 0.1 M KOH (E1/2=0.86 V)和 0.1 M PBS (E1/2=0.71 V)介质中表现出较低的半波电位和优良的ORR活性。

2.用Fe2N@NCNTs催化剂构建的锌空气电池(ZAB)具有高开路电压(1.53 V)、高峰值功率密度(135 mW cm-2)和良好的稳定性(超过200小时)。

3. 详细的表征表明Fe2N@NCNTs的催化活性增强和快速的质量输运可能与高氮掺杂水平、增加的缺陷位点和分层多孔结构有关。

4. 此外，包覆的CNTs可以有效增强Fe2N的耐腐蚀性能，提高其稳定性。

课题组简介

金辉乐，研究员，博士生/硕士生导师，现为温州大学化学与材料工程学院副院长。长期致力于面向能量转换与存储的碳基纳米结构材料的设计合成、结构调控及应用的基础研究与产业化开发工作。近五年，先后主持3项国家自然科学基金项目、1项浙江省自然科学基金项目及4项企业产业化研发项目，相关研究发表SCI学术论文79篇，5篇入选ESI高引论文，其中以第一/通讯作者发表IF > 20的论文4篇，IF > 10的论文10篇，包括Adv.Mater.、J. Am.Chem.Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等。论文引用超过1234次。获授权中国发明专利36项，申请国际PCT发明专利2项，参编教材3部。担任Wiley出版集团国际学术期刊《Carbon Energy》管理编辑和《Frontiers in Chemistry》编委。

王娟，温州大学瓯江特聘教授，主要从事纳米材料的设计合成及其在能源储存与转化中的应用。以第一作者的身份在Nat. Commun.、Sci. Adv.、Chem、Adv. Mater.等SCI期刊发表多篇论文。

文献信息

Biomass-Derived Fe2N@NCNTs from Bioaccumulation as an Efficient Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Zn−Air Battery. ACS Sustainable Chem. Eng. 2022.

DOI: org/doi/pdf/10.1021/acssuschemeng.2c01790.

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acssuschemeng.2c01790

转自：科研手记

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