成果簡介
在本文，湖南科技大學Aling Chen（第一作者）及易清風教授（通訊作者）等研究人員在《Langmuir》期刊發表名為“Mesoporous N–P Codoped Carbon Nanosheets as Superior Cathodic Catalysts of Neutral Metal–Air Batteries”的論文，研究透過雙氰胺、澱粉和三苯基膦的高溫熱處理以及隨後使用NaCl熔鹽模板的多孔結構處理製備合成三維多孔N/P共摻雜碳奈米片複合材料 ( CNP@PNS )。
在中性溶液中，CNP@PNS-4催化劑的電催化效能表現出0.98 V（相對於可逆氫電極）的起始電位和0.91 V的ORR半波電位，大大超過了商業Pt/C（40 %）。使用製備的樣品作為陰極催化劑構建了三種中性金屬-空氣電池（Zn-air、Al-air和Fe-air），對應的最大功率密度分別為120.2、78.3和18.9 mW·cm 。此外，在不同電流密度下顯示出出色的放電穩定性。密度泛函理論計算描述了確定步驟的自由能的減少和ORR過電位的隨後下降。
圖文導讀
圖1、 CN@NS 、CNP@NS 、CNP@PNS的製備過程示意圖。
圖2. 金屬-空氣電池示意圖（a）和組裝圖（b）。
圖3、 樣品的 XRD 譜（a）和拉曼光譜（b）；氮吸附-脫附等溫線和相應的孔徑分佈（插圖圖形）CNP @ PNS-1 （c）中，CNP @ PNS-2 （d），CNP @ PNS-3 （e）和CNP @ PNS-4 （F）。
圖4. CNP@PNS催化劑的最佳化結構，具有CN (a) 和 CP位點；灰色、藍色、紅色、白色和粉色球分別對應於 C、N、O、H 和 P 原子；(b) CN@NS 、CNP@NS和CNP@PNS催化劑在不同位點上的ORR過程的自由能圖。
圖5.顯示了使用所製備樣品的陰極催化劑的鋅空氣電池的效能。
圖6、在4mol·L–1NH4Cl 和 1 mol·L–1KCl的混合溶液中使用所製備的催化劑作為陰極的鋁空氣電池的可行性
圖7、使用所製備樣品的陰極催化劑的Fe-空氣電池在中性電解質中的效能
小結
這項工作為改善中性介質中的氧電還原提供了一種新的策略，併為開發更高效、更環保的金屬-空氣電池提供了更好的可能性。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01947
