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高電流密度充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池的催化劑-Ni3FeN材料解析

2017-9-4 8:53:52??????點(diǎn)擊：
【導(dǎo)言】
充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池因?yàn)閮r(jià)格低廉、環(huán)境友好和能量密度高（1084 Wh kg-1）等優(yōu)勢(shì)，在便攜式交通工具和能量貯存器材使用方面具有巨大潛力。該充電機(jī)充電蓄電池的中心組分是驅(qū)動(dòng)氧復(fù)原反響(ORR)和析氧反響(OER)的雙功用催化劑，可是其存在動(dòng)力學(xué)緩慢及循環(huán)安穩(wěn)性差等問(wèn)題。因而，發(fā)展廉價(jià)、高效的雙功用催化劑，關(guān)于推動(dòng)充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池的實(shí)踐使用具有重要意義。氮化物，如Ni3FeN等，因其共同的電子結(jié)構(gòu)和半金屬特性，表現(xiàn)出優(yōu)異的OER功用。可是將Ni3FeN使用于充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池中，面對(duì)兩個(gè)瓶頸問(wèn)題：1）氮化物的ORR活性低；2）氮化物的在組成過(guò)程（氨氣氣氛煅燒）中易聚會(huì)，難以得到更小尺度、更多活性位露出的氮化物，阻止其OER功用的進(jìn)一步提高。
【效果簡(jiǎn)介】
近期，中科院理化技能研究所張鐵銳研究員等人在Nano Energy上宣布一篇題為：“3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’ Cathodes”的文章。本論文使用組分間的協(xié)同效應(yīng)，可控制備了一種鈷氮共摻雜碳載體(Co,N-CNF)負(fù)載14 nm Ni3FeN的納米雙功用催化劑。其中，Co,N-CNF不僅具有優(yōu)良ORR功用，并可有用減小Ni3FeN在高溫組成過(guò)程中的聚會(huì)問(wèn)題，然后縮小其尺度，使得該復(fù)合催化劑的OER功用顯著優(yōu)于IrO2，ORR功用超越Pt/C，而且該復(fù)合催化劑可在充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池的高電流密度(50 mA cm-2)下安穩(wěn)作業(yè)。該策略為規(guī)劃和組成多功用催化劑供給了新思路。
【圖文導(dǎo)讀】
Ni3FeN/Co,N-CNF的結(jié)構(gòu)示意圖
高電流密度充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池的催化劑-Ni3FeN材料解析
圖 Ni3FeN/Co,N-CNF的形貌及晶體結(jié)構(gòu)表征
(A) 前驅(qū)體NiFe-LDH/Co,N-CNF的TEM圖；
(B)、(C) Ni3FeN/Co,N-CNF的TEM圖；
(D) 暗場(chǎng)TEM圖及對(duì)應(yīng)元素Mapping；
(E) XRD圖譜。
2 Ni3FeN/Co,N-CNF電子結(jié)構(gòu)表征
(A) Ni3FeN/Co,N-CNF的Ni 2p XPS圖譜；
(B) Ni3FeN/Co,N-CNF的Fe 2p XPS圖譜；
(C) Ni3FeN/Co,N-CNF及比照樣的Ni XANES圖譜；
(D) Ni3FeN/Co,N-CNF及比照樣的Fe XANES圖譜。
3 ORR功用表征
(A) ORR LSV曲線；
(B) ORR LSV曲線對(duì)應(yīng)塔菲爾斜率；
(C) Koutecky-Levich曲線；
(D) 電子轉(zhuǎn)移數(shù)。
4 OER功用表征
(A) OER LSV曲線；
(B) OER LSV曲線對(duì)應(yīng)的塔菲爾斜率；
(C) OER和ORR之間過(guò)電勢(shì)。
5 鋅空氣充電機(jī)充電蓄電池功用表征
(A) 充電機(jī)充電一次鋅空氣蓄電池的功率功用比較；
(B) 充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池的充放電極化曲線；
(C) 充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池在低電流密度(6 mA cm-2)下充放電循環(huán)曲線；
(D) 充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池在高電流密度(50 mA cm-2)下充放電循環(huán)曲線。
【小結(jié)】
研究人員使用Co,N-CNF優(yōu)異的ORR功用和安穩(wěn)負(fù)載物效應(yīng)，成功地緩解了Ni3FeN的聚會(huì)問(wèn)題，得到14 nm Ni3FeN負(fù)載Co,N-CNF雙功用催化劑，并可高效、安穩(wěn)地使用于充電機(jī)充電可逆鋅空氣蓄電池中。該策略為高活性、多功用（OER, HER, ORR）催化劑的組成供給了思路，可廣泛使用于充電機(jī)充電金屬空氣蓄電池、可充放電式燃料充電機(jī)充電蓄電池、全分解水以及其他能源范疇。