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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：4834
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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授張雷團(tuán)隊以自然界的石榴作為催化劑設(shè)計藍(lán)本，他們認(rèn)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(dǎo)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(tuán)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(rèn)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(xué)報)
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