锌-空气电池阴极催化剂领域取得重要进展
发布日期：2022-05-14
近日，辣妹聊天室化工学院“能源材料与电化学”辽宁省重点实验室在合成锌-空气电池阴极催化剂领域取得重要进展，研究成果在材料类TOP期刊《Journal of Materials Chemistry A》（IF=12.73）以封面论文 (Inside cover paper) 发表题为 “Vacancy-engineered CeO
2/Co heterostructure anchored on the nitrogen-doped porous carbon nanosheet arrays vertically grown on carbon cloth as an integrated cathode for the oxygen reduction reaction of rechargeable Zn–air battery”的研究论文。论文第一作者为2018级博士研究生李姝馨，通讯联系作者为安百钢教授，我校为唯一通讯单位。
可充电锌-空气电池具有能量密度高、安全性好、环境友好等优点，被认为是一种很有前途的储能装置。然而，非贵金属催化剂在改善锌-空气阴极缓慢的氧反应动力学方面仍面临挑战。为了解决这一问题，该研究以金属-有机框架（MOF）为前驱体，采用碳化-水解过程，构建了CeO
2/Co异质结构修饰的氮掺杂多孔碳纳米片阵列垂直生长在碳布上的集成阴极。该材料独特的优势在于，首先，垂直生长在碳布上的氮掺杂多孔碳纳米片阵列电极不仅可以在不使用任何导电剂、粘合剂的情况下，直接在集流体与催化剂之间进行快速的电子转移和质量传递，而且纳米片阵列结构改善了原始碳布浸润性，避免了制备过程中的团聚现象，进而使活性位点更容易介入，增强了活性位点利用率。其次，构建CeO
2/Co异质结构从而利用CeO
2丰富氧空位调控催化位活性氧，有效提高Co物种活性位点催化效率，并且二者协同催化促进了氧反应（氧还原和氧析出）进行。该集成材料用于锌-空气电池阴极展现了优异催化性能，表现出高开路电压、比容量和倍率性能，并且在高电流密度下，具有极好的充放电稳定性。
该项研究工作得到了国家自然科学基金项目、兴辽英才计划项目以及辽宁省能源材料与电化学重点实验室的支持。
（供稿：化工学院）