哈工大《AFM》：3D纳米多孔氮掺杂碳让全固态铝空气电池更优！

催化氧还原反应(ORR)和加速氧扩散是对金属-空气电池中阴极催化剂要求的两个关键挑战。同时提高ORR性能和传质的一个有前途的策略是构建具有ORR活性化学掺杂剂和3D互连孔隙率的碳基催化剂。

来自哈尔滨工业大学（深圳），日本筑波大学的科研人员报道了一种由聚苯胺辅助模板法制备的三维纳米多孔氮掺杂碳，该材料具有双连续的孔隙率和互连的开孔通道。聚苯胺可以有效抑制表面扩散模板粗化，从而获得35 nm的小孔径。小的多孔形态导致高达7.20at%的高氮掺杂剂浓度。这反过来又显示出商业铂/碳可比的ORR性能以及在碱性介质中令人满意的耐久性。使用这些纳米多孔碳催化剂作为空气电极，组装了全固态柔性铝-空气电池，测量的最大功率密度达到130.5毫瓦每平方厘米，而使用商用铂/碳标准时为106.2毫瓦每平方厘米。该研究为制备具有双连续纳米孔道的三维氮掺杂碳提供了一种有效的方法，可广泛应用于便携式和柔性器件。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103632

综上所述，本文采用聚苯胺辅助的方法制备了具有双连续开放孔隙率的三维纳米孔掺氮碳。聚苯胺层可以有效地抑制了Mn₂O₃模板在800~1000°C热解过程中因扩散而导致的颗粒粗化和孔膨胀效应，制得的三维纳米孔炭的孔径为35 nm。由于N掺杂量高、比表面积大、孔隙率高，因此3D纳米多孔碳基全固态铝空气电池表现出优异的放电性能，达到是130.5 mW cm⁻²的大功率密度。这项工作为合成三维双连续纳米多孔掺氮碳材料提供了一条新的途径，可用于各种电化学器件中潜在的催化剂。（文：SSC）

图1|制备和形态表征。

图2|结构和化学特性

图3| ORR性能

图4| 全固态铝空气电池性能