北京化工大学《AEM》:一种新型催化剂助力高性能锌空气电池! 2024-05-07 09:04:37 碱性介质中的氧还原反应(ORR)是电化学能量转换设备(如金属-空气电池)中的重要半反应。目前,科研人员已作出巨大努力去探索替代品。目前的思路是使用地球富含的元素去替代铂(Pt)基催化剂,尽管Pt在ORR的催化中最为著名,但该催化剂储量稀少并且成本高。最近,具有原子分散、均匀分布金属中心的过渡金属单原子位(SAS)催化剂与M-N-C结构引起了科研人员的大量研究和关注,该催化剂可以在碱性条件下替代Pt,因此具有巨大的潜力。开发廉价和高度有效的非易性金属催化剂用以取代碱性氧还原反应中的Pt是一个热门的研究方向。近日,来自北京化工大学、中科院高能物理研究所、清华大学等单位的研究人员在《Adv. Energy Mater》上发表题为“Mn-N4 Oxygen Reduction Electrocatalyst: Operando Investigation of Active Sites and High Performance in Zinc–Air Battery”的文章。论文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202002753 在碱性减氧反应过程中,本文研制出半波电位(E1/2)高至0.910V的Mn还原电催化器,利用操作性X射线吸收光谱法对高度电化的Mn单原子位点的动态原子结构变化进行了研究。这些结果表明,低价Mn^L+-N4是减氧过程中的活动位点。密度功能理论表明,从Mn^L+-N4到吸附的OH物质的容易电子转移性在电催化性能中起着关键作用。此外,当该 Mn-N4 材料作为锌空气电池中的阴极时,具有高功率密度和优异的耐用性,这显示出其在实际设备中替代 Pt 催化剂的广阔潜力。 图1|合成方案和结构表征 图2|减氧反应中的电催化性能 图3|X 射线吸收光谱表征 图4|减氧反应的DFT计算 图5| Zn+空气电池性能综上,本文研制了一种高度富电的基于Mn的SAS电催化剂,并采用操作性SAS技术研究其在碱性 ORR 过程中的动态原子结构变化。XAS 结果显示,Mn^L+-N4 很容易被 OH+ 在电解质中毒化。DFT 计算证明,原子分散的 Mn^L+-N4 位点有助于电子转移到 *OH 粒子当中。此外,基于 Mn 的SAS 催化剂在组装到锌空气电池时表现出高功率密度和优异的耐用性。这项工作不仅在减氧反应和相关能量装置中提供了Pt催化剂的可替代方案,并且为在现实的 ORR 条件下的活性位点提供了深入的洞察,为通过协调工程优化SAS催化剂的电催化性能提供了深入的见解。(文:SSC) 赞 (0) 相关推荐 Mn,N共掺杂Co纳米颗粒/多孔碳作为高效可充电锌空气电池的双功能催化剂 可充电锌空气电池因其低成本和高理论能量密度等特性,受到研究人员的广泛关注.在研究过程中发现,阻碍和限制锌空电池发展的关键因素是空气阴极处氧还原和氧析出反应的反应动力学过于缓慢.针对这一问题,通常的策略 ... 成本低 寿命长 新型“空气电池”问世 01-03 08:23 显示图片 本报讯(记者 彭德倩)近日,复旦大学材料科学系青年研究员王飞团队通过国际合作开发了一种可充电锌空气电池.1日,相关研究成果发表于<科学>主刊.这 ... 快来围观!又来了个铝空气电池... 新能源新材料的开发应用,始终推进了科技的发展,从而促进了人类社会的进步.电子产品.电动汽车的普及,使各种类型的电池应运而生. 近来,一则铝空气电池的新闻吸引了眼球.从中科院宁波材料所获得最新消息,该所 ... 中国海洋大学Mater. Today Energy:级次孔双碳电催化剂实现高效氧还原 第一作者:盖慧玉,薛松 通讯作者:黄明华,江河清 通讯单位:中国海洋大学,中科院青岛生物能源与过程研究所 研究背景 考虑到日益严重的环境污染和有限的化石燃料储量,先进的可再生能源转换技术引起了人们广泛 ... 科研人员利用MIL 氧还原反应(ORR)是系列电化学能量转换器件(如金属-空气电池.燃料电池)中的重要阴极反应.商业上,主要选用铂(Pt)基材料作为ORR电催化剂驱动反应进行.而Pt金属储量稀少.价格高昂,不利于大规模应 ... Buchwald-Hartwig胺化的一种新型催化剂 Buchwald-Hartwig胺化是一种非常常用的向芳环上引入氨基的方法,由于其反应条件温和,因而适合在全合成中对芳环进行修饰.相比于先引入硝基再还原的方法,该反应具有选择性好,产率高以及条 ... 一种简便可控的真空煅烧策略!助力高性能耐用可充锌-空气电池 在过去的几十年中,氧气的电催化(包括氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER))在能量转换和储存装置中起着至关重要的作用.例如,燃料电池中的ORR可用于为电动汽车提供动力,这比传统的内燃机更高效.更环保 ... 余彦/白晋涛AM:Mo2N-W2N异质结嵌入球形碳超结构用于多硫化物电催化剂助力高性能室温钠硫电池 文章信息 Mo2N-W2N异质结嵌入球形碳超结构用于多硫化物电催化剂助力高性能室温钠硫电池 第一作者:张世鹏 通讯作者:姚雨*,白晋涛*,余彦* 单位:西北大学,中国科学技术大学 研究背景 室温钠硫电 ... 西工大《AFM》:石墨烯,助力高性能柔性锌离子电池! 随着人们对可穿戴电子产品和便携式电子产品需求的增加,设计具有高安全性.优异的电化学性能和机械柔韧性的柔性储能装置迫在眉睫.水充电电池,特别是柔性准固态锌离子电池(ZIB),由于使用金属锌负极具有高理论 ... 天津大学JingYang课题组--富含吡啶氮-钴活性中心的三维层状大孔/介孔石墨烯骨架作为可充电式锌空气电池的高效可逆的电催化剂 用于可逆氧还原反应和析氧反应(ORR和OER)的高效且价格合理的电催化剂在可充电金属-空气电池中备受追捧.然而,构建高性能的既具有大量可用的活性位点,又具有优异的ORR/OER电催化活性的催化剂是一个 ... 东华大学Jinli Qiao课题组--大规模缺陷工程定制的三掺杂石墨烯作为无金属双功能催化剂用于高效锌空电池氧反应 虽然可控定制无金属碳基催化剂的微观结构,为增强氧电极的双功能性能提供了可行的路径,但由于ORR和OER的动力学缓慢,这仍是一个巨大的挑战.这里,设计了湿法球磨诱导缺陷辅助原位热解策略,制备了N,S和P ... 哈工大&滑铁卢大学《AFM》:新策略!锌空气电池高效催化剂 编辑推荐:本文中,通过在Fe-MIL-88B衍生的1D Fe2O3纳米棒表面原位聚合吡咯,制备了具有层级微/介孔结构的1D铁/氮掺杂碳纳米棒(Fe/N CNR).该研究提供了一种非常有前途的ORR催化 ... 北京化工大学《AFM》:一种高效析氧反应电催化剂! 随着化石燃料过度使用引起的环境问题日益严重,开发清洁高效的可持续能源迫在眉睫.电化学裂水产生的氢气可以实现间歇性可再生能源的大规模储存.设计高效.稳定.低成本的质子交换膜电解槽析氧催化剂仍然是一个挑战 ...