国产精品日日摸夜夜添夜夜添无码_亚洲国产成人精品无码区99_蜜桃秘做爰免费网站_国产一区二区不卡视频_精品人人槡人妻人人玩_色777狠狠狠综合伊人_日日夜夜嫩草_国产精品无码久久久_国产精品无码久久久久av_五月天堂婷婷爱_久草资免费资源_羞羞答答综合网_又湿又紧又爽视频免费软件_每日更新日韩精品_欧美精品18videosex性欧_橙人精品在线观看

搜索:  
陜科大沈夢霞課題組:開發(fā)了一種新策略來制備 Co-N 摻雜的PAN/CA 靜電紡絲碳納米纖維作為鋅空氣電池的雙功能電催化劑
2021-12-16  來源:高分子科技

  鋅空電池因其安全性高、生產成本低、理論能量密度高、放電穩(wěn)定等優(yōu)勢而備受關注,但其空氣電極發(fā)生的氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)具有動力學緩慢和過電位高等不利因素,阻礙了鋅空電池的發(fā)展。Pt、Ru 或 Ir 基貴金屬催化劑雖具有極高的催化性能,但稀缺性和耐用性的缺點嚴重限制了其大規(guī)模使用。而來源廣泛、成本低廉的碳材料催化劑,尤其是一維碳納米纖維(CNFs)具有優(yōu)良的導電性能和大的比表面積,已成為催化和儲能領域的熱門研究對象。靜電紡絲技術是一種簡單易操作的納米纖維制備技術,其制備的纖維具有直徑小、比表面積高、長徑比大等特點。同時靜電紡絲技術也被證實是一種將孔隙引入納米材料的實用方法,但過去報道的大多數多孔 CNFs 主要通過熱分解沸石咪唑酯骨架 (ZIF) 和聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 獲得。ZIF 和 PVP 的分解可以在 CNFs 中產生大量的孔隙,但孔隙結構是混亂無序的,不利于物質和電子的快速傳遞。因此,利用靜電紡絲的手段來調控碳質結構的孔隙率,繼而制備高效ORR/OER電催化劑仍然是一個重大挑戰(zhàn)。


  針對上述問題,陜西科技大學“生物質化學與材料”院士創(chuàng)新團隊沈夢霞副教授課題組通過將超分子配位聚合物 Co(Ⅱ)-腺嘌呤 (CoA)與聚丙烯腈 (PAN) / 醋酸纖維素 (CA) 結合,通過靜電紡絲技術制備出具有獨特球棍模型的復合納米纖維 (CoA@NFs)。熱解后得到具有定向多孔通道和高催化活性的Co-N@PCNFs-0.2。在熱解過程中,大部分;鵆A分解,在碳化纖維中形成豐富的孔隙和定向中空通道,從而大大增加了材料的比表面積,減少了金屬顆粒的聚集。由于分級孔結構極大地暴露了活性位點,連續(xù)碳納米纖維結構可實現快速的電子轉移,而定向中空通道有效促進電化學傳質過程,所獲得的 Co-N@PCNFs-0.2 催化劑表現出優(yōu)異的 ORR 和OER雙功能催化性能。此外,由Co-N@PCNFs-0.2催化劑構建的鋅空氣電池表現出884 W h kgZn-1的最大功率密度和151 mW cm-2放電比容量。



  相關研究成果以“Co-N-Doped Directional Multichannel PAN/CA-Based Electrospun Carbon Nanofifibers as High-Effiffifficiency Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for Zn?Air Batteries”為題發(fā)表在美國化學學會旗下期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。陜西科技大學沈夢霞副教授、段超副教授和University of New Brunswick倪永浩教授為通訊作者,陜西科技大學碩士研究生高昆為第一作者。


圖 1. (a) Co-N@PCNFs-0.2制備過程示意圖。(b) 在鋁箔上收集的 CoA@NFs-0.2代表性照片。(c) CoA@NFs-0.2 的 SEM 圖像。(d) CA、PAN、NFs、CoA 和 CoA@NFs-0.2 的 FT-IR 光譜。


圖 2. (a) Co-N@PCNFs-0.2代表性照片,(b) SEM 和 (c) SEM 橫截面,(d) TEM 圖像,(e) Co-N@PCNFs-0.2 的元素分布圖像。(f) XRD 譜圖。


圖 3. (a) N2 吸附/脫附等溫線和 (b)孔徑分布曲線。(c) PAN、CA、CoA和CoA@NFs-0.2在惰性氣氛下的TGA曲線。


圖 4. Co-N/C 和 Co-N@PCNFs-0.2 的 (a) C 1s、(b) N 1s 和 (c) Co 2p 的高分辨率 XPS譜圖。


圖 5. (a) ORR CV 曲線和 (b) LSV 曲線。(c) Co-N@PCNFs-0.2的ORR參數與相應的對照催化劑對比。(d) Co-N@PCNFs-0.2和20 wt% Pt/C 的 Tafel 曲線。(e) Co-N@PCNFs-0.2不同 RDE 轉速下的LSV曲線,插圖為導出的Koutecky-Levich圖。(f) Co-N@PCNFs-0.2和20 wt% Pt/C的計時電流響應 (i-t) 曲線。


圖 6. (a) OER LSV 曲線。(b) Co-N@PCNFs-0.2在不同掃描速率下的 CV曲線。(c) 電流密度和掃描速率的線性圖(1.1 V vs. RHE)。(d) ORR/OER LSV 曲線。


圖 7. (a) 可充電鋅空電池模擬圖。(b) 由兩個串聯的鋅空電池供電的紅色 LED 燈泡的照片。(c-d) 開路電壓測量(分別由萬用表和電化學工作站測量)。(e) 可充電鋅空電池的充放電極化曲線及相應的放電功率密度曲線。(f) 可充電鋅空電池在 10 mA cm-2 下的放電比容量。


  該團隊設計并開發(fā)了一種新策略來制備 Co-N 摻雜的碳納米纖維作為 ORR/OER 的雙功能電催化劑。靜電紡絲用于將超分子配位聚合物 CoA 與選定的紡絲聚合物 PAN/CA 結合,以獲得均勻且連續(xù)的 Co-N 摻雜碳納米纖維。CoA復合物的熱解形成了高密度的Co-N活性位點,有效促進了復合材料的電催化活性。此外,一維連續(xù)碳納米纖維結構的引入不僅可以防止CoA熱解過程中金屬積累導致活性降低,還可以促進電子的高速傳輸。值得注意的是,在熱解過程中利用紡絲聚合物(PAN 和 CA)的相分離,獲得了靜電紡碳納米纖維的定向中空通道和分級孔結構,有效促進了傳質過程并充分暴露了活性位點。所制備的 Co-N@PCNFs-0.2顯示出比貴金屬更優(yōu)異的 ORR/OER電催化性能,組裝的鋅空氣電池可提供 151 mW cm-2 的最大功率密度和 884 W h kgZn-1 的比放電容量。


  文章鏈接:

  Co-N-Doped Directional Multichannel PAN/CA-Based Electrospun Carbon Nanofibers as High-Efficiency Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for Zn–Air Batteries.

  https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06040

版權與免責聲明:中國聚合物網原創(chuàng)文章?锘蛎襟w如需轉載,請聯系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
(責任編輯:xu)
】【打印】【關閉

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞