雖然可控定制無金屬碳基催化劑的微觀結(jié)構(gòu),為增強(qiáng)氧電極的雙功能性能提供了可行的路徑,但由于ORR和OER的動(dòng)力學(xué)緩慢,這仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這里,設(shè)計(jì)了濕法球磨誘導(dǎo)缺陷輔助原位熱解策略,制備了N,S和P三摻雜石墨烯(NSP-Gra)。球磨過程中由于強(qiáng)烈的機(jī)械剪切力,使得石墨烯中產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)缺陷,這對于有效摻雜雜原子非常有利。NSP-Gra在6.0 M KOH中,10 mA cm-2電流密度下,顯示出優(yōu)異的ORR和OER雙功能催化活性。驚奇的是,NSP-Gra作為陰極組裝的鋅空電池顯示出高的功率密度達(dá)225 mW cm-2,并具有長期的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。NSP-Gra顯示出增強(qiáng)電化學(xué)性能,這可歸因于雜原子摻雜導(dǎo)致的快速電荷傳輸能力和豐富的活性位點(diǎn)。
Figure 4.(a)樣品在0.1 M KOH中OER的 LSV曲線,掃描速率和旋轉(zhuǎn)速率分別為5 mV s-1和1600 rpm;(b)催化劑在0.1 M KOH的LSV曲線;(c)NS-Gra和NSP-Gra的電化學(xué)阻抗譜;(d)NS-Gra和NSP-Gra的掃描速率與電容性電流密度的線性擬合圖;(e)摻雜雜原子對石墨烯催化ORR和OER過程中的影響。
該研究工作由東華大學(xué)Jinli Qiao課題組于2020年發(fā)表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。原文:Large-scale defect-engineering tailored tri-doped graphene as a metal-free bifunctional catalyst for superior electrocatalytic oxygen reaction in rechargeable Zn-air battery。