N-dopede carbonindkapslede overgangsmetalkatalysatorer for at optimere ydeevnen af ​​zink-luftbatterier

I en rapport offentliggjort i Nano , et team af forskere fra Sichuan University of Science and Engineering, Kina har udviklet N-dopede carbonindkapslede overgangsmetalkatalysatorer til iltreduktionsreaktioner (ORR) og iltudviklingsreaktioner (OER) for at optimere ydeevnen af ​​zink-luftbatterier.

Et tredimensionelt porøst grafenlignende carbonlag indkapslet Fe/Fe ₃ C (Fe@NCG) blev fremstillet ved pyrolyse af blandingen af ​​Fechitosan-chelat samlet uden opløsningsmiddel og urinstof med lille molekylær nitrogenkilde. Den rumbegrænsende virkning af chelatet undertrykte agglomerationen af ​​Fe ³⁺ ioner, og den lille molekylære nitrogenkilde fremmer reguleringen af ​​N -konfiguration. Zink-luftbatteriet samlet med Fe@NCG-katalysator viser god ydeevne.

Katalysatoren Fe@NCG viser bemærkelsesværdig ORR/OER bifunktionel katalytisk aktivitet med et halvbølgepotentiale på 0,86 V for ORR og en moderat potentialeforskel på 0,85 V i alkalisk medium. "Zink-luftbatteriet samlet med Fe@NCG som positiv og negativ katalysator viste god udladningsplatform, høj spidseffektdensitet, høj energitæthed, og høj cyklusstabilitet. "siger Lei Ying, Ph.d., den tilsvarende forfatter til papiret.

Det særlige ved undersøgelsen er, at Fe@NCG blev fremstillet ved pyrolysering af opløsningsmiddelfri dannede fechitosan-chelater og yderligere urinstof med lille molekyle nitrogen. In-situ nitrogendoping og ætsning af selvnitrogen-dopet carboniseret chitosan af CN-gas produceret af g-C ₃ N ₄ nedbrydning (f.eks. C ₂ N ₂ ⁺ , C ₃ N ₂ ⁺ , C ₃ N ₃ ⁺ ) er nyttig til regulering af elektronisk struktur og dannelse af porestruktur i carbonskelettet.

I øvrigt, den ensartede fordeling af Fe kunne tilskrives virkningen af ​​chelateringsrumsbegrænsning på molekylært niveau af Fe-chitosan-chelatforbindelsesforløber, hvor chitosanmolekylær tjente som et 'hegn' for effektivt at reducere overskydende aggregering af Fe ³⁺ ioner. Gruppen testede derefter produktets elektrokatalytiske ydeevne.

Arbejdet i dette team af forskere fra Sichuan University of Science &Engineering har ført til den spændende udvikling af elektrokatalytiske materialer. Dette arbejde antyder, at en enkel og universel strategi også kan udvides til syntese af andre overgangsmetalelektrokatalysatorer belagt med kulstof.

En af de mest fascinerende grænser inden for dette forskningsfelt kan være at kombinere strategi for chelaterende rumindeslutning og regulering af N -konfiguration. At forstå disse processer vil forbedre ydeevnen af ​​materialer og udstyr, hvilket vil forbedre os alle. For nylig, gruppen har arbejdet med multifunktionelle konverteringer af elektrokatalytiske materialer og samling af enheder.