新聞網訊 近日,機電工程學院李延輝教授團隊在國際知名期刊Applied Energy(IF=10.1,中科院1區(qū))發(fā)表題目為“Pyridinic N–B Pair-Doped Carbon Microspheres with Refined Hierarchical Architectures for Rechargeable Zinc-Air Batteries”的研究論文。我校李延輝教授、皮信信博士和哈爾濱工業(yè)大學孫飛教授為共同通訊作者,青島大學為第一完成單位,機電工程學院2022級碩士研究生陳文浩為第一作者。

金屬-空氣電池作為解決能源轉換和儲存問題的替代方案,其效率受到氧還原反應(ORR)和氧析出反應(OER)緩慢反應動力學的制約。鑒于低儲量、高成本鉑基電催化劑使用的局限性,碳材料具有成本低、高機械強度、優(yōu)良導熱性和導電性以及輕質等優(yōu)勢,開發(fā)低成本、高效無金屬碳基雙功能電催化劑具有重要意義。為此,該工作通過硬模板法和物理活化法相結合策略,對碳基電極實現(xiàn)宏觀-微米-納米級多尺度結構調控,獲得有序分級孔結構與表面氮硼共摻雜基團結構協(xié)同優(yōu)化,并有效調控了活性位點分布和局域電子環(huán)境。相比大多數(shù)碳基電催化劑,制備的富有序分級孔氮硼共摻雜碳微球電催化劑在鋅-空氣電池中實現(xiàn)了更高的電催化活性(ORR:起始電位0.996 V,半波電位0.889 V;OER:10 mA cm?2下過電位384 mV)與穩(wěn)定性(長航時連續(xù)充放電358 h)。此外,該工作通過密度泛函理論(DFT)模擬揭示吡啶型N-B配對在鄰近N活性位點上的高效電子轉移途徑和OOH*吸附物種的轉換機制,為設計和優(yōu)化碳基電催化劑的多雜原子配組與有序分級結構提供了新見解。
全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124511