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    金属和非金属共掺3D纳米多孔石墨烯,用于高效的双功能电催化和可充电锌-空气电池

           可充电金属-空气电池是一种很有前景的技术,可以满足未来的能源需求??⒏呋钚?、长寿命的双功能电催化剂是实现可充电金属-空气电池的关键。金属-空气电池主要包括放电过程中的氧还原反应(ORR)和充电过程中的氧释放反应(OER)。最近的研究表明,碳纳米材料,如碳纳米管、多孔碳、碳氮化物、N掺杂石墨烯等,可以作为一种高效非金属的替代物,可用于低材料成本的ORR过程。最近研究发现,将氮与另一种杂原子如S或P共掺杂可以改变电子性质和表面极性,进一步增强的ORR催化性能。催化性能与暴露在电解液中的活性的位点数量也是成比例的。在纳米颗粒中可以产生大量的活性位点,当粒径小于1nm或接近单个原子时产生活性位点数量是最多的。
          在2019年3月哈尔滨工业大学胡克林博士等人在Advanced Materials 》发表了一篇制备N,Ni共掺杂的电催化剂,用于金属-空气电池的文章。该文章采用化学气相沉积法制备了N、Ni共掺杂的纳米多孔级石墨烯。文章首先利用扫描电子显微镜(SEM)对石墨烯包覆的纳米多孔镍的形貌进行了表征,在 HCL溶液中刻蚀后,得到了弯曲且连续的N掺杂的纳米多孔级石墨烯。从透射电子显微镜(TEM)表征揭示了纳米多孔级石墨烯片相互连接的结构,并且在低放大率下没有观察到明显的Ni残余物,同时在石墨烯的表面也发现了高密度亮点的镍原子。随后用循环伏安法(CV)也评价了N、Ni共掺杂的纳米多孔级石墨烯的ORR催化活性和OER活性。而且,发现在不同的旋转速率下,电流密度随转速的增大而增大,同时也表现出在不同电位下表现出良好的线性关系。文章最后以石墨烯作为空气阴极,聚合物凝胶(PVA)作为电解液,锌箔为阳极,制备了一种可再充电的全固态锌空气电池。由于它的柔韧性和整体性能,它可以在不借助任何基板或粘合剂的情况下很容易地融入到柔性器件中。根据它的结构优势和电池性能,在可耐用能源器件中具有很好的应用前景。(来源:QYIM & AMSC  LB REN编报)

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