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用于可充電鋅空氣電池陰極的新型多孔納米籠型氧反應(yīng)器
2022年09月29日 10:30:04
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4793
這項研究可為下一代可逆能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中多功能電催化劑的設(shè)計和發(fā)展提供新的思路。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】鋅空氣電池是一種體積小、電荷容量大、質(zhì)量小、能在寬廣的溫度范圍內(nèi)正常工作、無腐蝕且工作安全可靠的環(huán)保電池，有著高理論能量密度、高安全性、低成本等優(yōu)點，是一種極具發(fā)展前景的儲能技術(shù)。目前，鋅空氣一次電池已被廣泛應(yīng)用于助聽器、路燈等電子設(shè)備中。
隨著新能源發(fā)電、新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，研究人員們開始不斷研發(fā)鋅空氣二次電池，然而，鋅空氣二次電池不僅有著無法充電的致命缺陷，同時用于該電池的催化劑一般是貴金屬催化劑，貴金屬資源有限，成本高，開采困難，并且其催化性能單一、催化穩(wěn)定性低，催化效率遲遲不能突破。開發(fā)出高效穩(wěn)定的雙功能氧催化劑替代傳統(tǒng)的貴金屬催化劑，對于鋅空氣二次電池的產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。
安徽理工大學材料科學與工程學院教授張雷團隊以自然界的石榴作為催化劑設(shè)計藍本，他們認為，每一粒石榴果實都可以理解為一個催化活性位點，大量果實的集成豐富了催化所需要的活性位點，有助于高效的催化反應(yīng)。然而這些活性位點往往被深埋于體相，導致活性位點的實際利用率極低，這就像石榴果實被包裹于果皮內(nèi)，難以與外界的各種反應(yīng)物質(zhì)充分接觸，這造成催化劑的催化活性難以完全發(fā)揮。
在此次研究中，研究團隊提出了一種新的活性調(diào)控策略，他們通過將雙功能活性中心裝填于多孔碳納米籠中，利用獨特的孔洞設(shè)計加速電催化反應(yīng)中的傳質(zhì)和傳荷過程，實現(xiàn)了催化活性的大幅度提升，從而制備出了一類新型的多孔納米籠型反應(yīng)器。這種方法類似于在石榴表皮上構(gòu)筑大量的孔，這些孔讓大量的石榴果實與外界的反應(yīng)物質(zhì)充分接觸，增大反應(yīng)面積，加快物質(zhì)的傳輸效率。
該項成果不僅克服了傳統(tǒng)的電催化劑只對其中一個半反應(yīng)具有出色的催化活性，而對另一個半反應(yīng)往往催化活性一般的弊端，更為從微/納米尺度上認識催化活性位點的組成、空間分布、界面電荷轉(zhuǎn)移以及傳質(zhì)/傳荷通道等與催化活性和穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)機制，提供了一個有效策略和理想的催化劑模型。這項研究可為下一代可逆能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中多功能電催化劑的設(shè)計和發(fā)展提供新的思路。
(資料來源：中國科學報)
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