博士生吳琳的工作被Applied Catalysis B：Environmental接收！
發(fā)布日期：2022-12-13
近日，遼寧科技大學化學工程學院遼寧省“能源材料與電化學”重點實驗室安百鋼教授團隊的研究成果“Modest modulation on the electronic structure of Co
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8 by vanadium doping for high-performance rechargeable Zn–Air batteries”在《Applied Catalysis B：Environmental》在線發(fā)表。論文第一作者為2022級博士研究生吳琳，導(dǎo)師安百鋼教授為通訊作者，張涵博士和李莉香教授為共同通訊作者。該項研究工作得到了國家自然科學基金項目、興遼英才計劃項目以及遼寧省能源材料與電化學重點實驗室的支持。
氧反應(yīng)是質(zhì)子膜燃料電池、金屬-空氣電池和水電解中的動力學控制步驟，而高性能氧反應(yīng)催化劑則成為發(fā)展上述系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬-空氣電池需要催化劑具有氧還原（ORR）和氧析出（OER）雙重功能，而如何實現(xiàn)這種雙功能的優(yōu)化和平衡更具有挑戰(zhàn)性。近期，安百鋼教授團隊通過一種創(chuàng)新雙溶劑方法制備釩摻雜的V-Co
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8催化劑。該方法可以實現(xiàn)在Co
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8納米粒子晶格中原子水平的釩摻雜，從而調(diào)控催化劑電子構(gòu)型（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，適量的釩摻雜水平，即對催化劑電子結(jié)構(gòu)的溫和調(diào)控能夠優(yōu)化Co的自旋態(tài)，平衡反應(yīng)過程中氧中間體的吸附/解吸，從而加速氧反應(yīng)動力學（圖2）。實驗研究證實，使用V-Co9S8作為空氣陰極催化劑組裝的鋅-空氣電池可提供超高功率密度（345 mW cm
-2）、能量密度（814 mAh g Zn
-1）和在5 mA cm
-2下循環(huán)840次的非凡穩(wěn)定性（圖3）。
圖1. 雙溶劑法制備V-Co9S8催化劑微觀形貌、結(jié)構(gòu)和元素分布圖
圖2. 催化劑紫外光電子能譜、電子順磁共振譜、有效磁矩、相對活性、吸附中間體模型和基于兩種模型的反應(yīng)自由能圖
圖3. 鋅-空氣電池電化學性能圖
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https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122250
（供稿：化工學院）