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山東理工大學Zhongfang Li課題組--新型空間限制合成二維Fe,N共摻雜石墨烯雙功能氧電催化劑并用于可充電空氣正極
       通過簡單的合成方法,即使用含氮聚合物(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、Fe鹽和陽離子表面活性劑處理的蒙脫石(CMMT)層模板,合成具有高氧還原反應 (ORR) 和析氧反應 (OER) 性能的二維 Fe、N 共摻雜石墨烯 (2D Fe-NG) 用于鋅空氣電池(ZABs)。ABPBI/CMMT在350°C的真空輔助和熱處理是Fe3+添加的關鍵。表征分析表明,添加的Fe3+以與MMT中ABPBI的N物種配位形成的Fe-Nx鍵的形式存在。由于二維Fe-NG中存在Fe-Nx位點,它在O2飽和的0.1 M KOH電解液中具有優于2D NG和20 wt% Pt/C的優異ORR性能。對于OER,2D Fe-NG的性能與RuO2接近。基于二維Fe-NG的自制ZAB具有高峰值功率密度、優異的可充電性能和更高的D-C循環穩定性。
 
 
Figure 1. 二維 NG 和二維 Fe-NG 的制備路線。
 
  Figure 2. (a) 2D NG 和 (b) 2D Fe-NG 的 SEM 圖像。(c) 2D NG和 (d) 2D Fe-NG的TEM圖像。(e) 2D NG和 (f) 2D Fe-NG的HR-TEM圖像。(g) 2D Fe-NG 的典型STEM圖像。(h-l) C、N、O、Fe 和 sum 的元素映射圖像。
 
  Figure 3. (a) HRTEM 和 (b) 二維 Fe-NG 的 SAED。
 
  
Figure 4. (a) 2D NG、2D Fe-NG 和 20 wt% Pt/C 在 N2 和 O2 飽和的 0.1 M KOH 電解液中的 CV 曲線。(b) 制備的催化劑和商業20 wt% Pt/C的ORR LSV曲線。(c) 從LSV曲線獲得的所有樣品的 Tafel 斜率圖。 (d) 不同電位下的電子轉移數。
 
 
Figure 5. (a) 2D NG、(b) 2D Fe-NG 和 (c) 20 wt% Pt/C的ORR LSV曲線。(d) 在 O2 飽和的 0.1 M KOH 中,三個樣品的ORR i-t計時電流響應。
 
 
Figure 6. (a)可充電液體ZABs的結構示意圖。(b) 使用 2D Fe-NG、2D NG 和 20 wt% Pt/C作為空氣正極的ZABs的放電極化和相應的功率密度圖。(c) 10 mA cm−2 下的恒電流長時間放電比容量曲線。 (d) 在ZABs中說的倍率性能。 (e) 具有 2D Fe-NG、2D NG 和 20 wt% Pt/C 空氣正極的 ZABs 的恒電流循環曲線(每個循環 10 分鐘)。
 
相關研究成果于2021年由山東工業大學Zhongfang Li課題組,發表在Chemical Engineering Journal(https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128492)上。原文:Novel space-confinement synthesis of two-dimensional Fe, N-codoped graphene bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable air-cathode。
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