【摘 要】
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电化学能源转换被视为解决当前全球能源危机的替代方法。这一过程由包括ORR,OER和HER在内的各种反应驱动。由于4个电子质子的转移反应过程,ORR和OER一直是这些过程面临的重要挑战。为了实现这些过程的广泛应用,必须合成能够有效驱动氧反应（ORR和OER）的廉价且丰富的电催化剂,这对于设计用于增强氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的电催化剂对于诸如燃料电池,水分解和金属空气电池装置之类的能量
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
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电化学能源转换被视为解决当前全球能源危机的替代方法。这一过程由包括ORR,OER和HER在内的各种反应驱动。由于4个电子质子的转移反应过程,ORR和OER一直是这些过程面临的重要挑战。为了实现这些过程的广泛应用,必须合成能够有效驱动氧反应（ORR和OER）的廉价且丰富的电催化剂,这对于设计用于增强氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的电催化剂对于诸如燃料电池,水分解和金属空气电池装置之类的能量转换系统至关重要。首先,通过掺入过渡金属合金和富氮小分子,利用一种烟梗这一廉价的生物质来制备新型多孔碳骨架（NiCo@N-C）。所得催化剂在碱性介质中的对氧还原反应提供了 0.92V的起始电势和0.86V的半波电势,优于市售的Pt/C催化剂。此外,该催化剂还表现出良好的析氧反应性能,具有280mV@10mA cm2的低过电势,ORR和OER之间的电势差仅为0.65V。掺入的NiCo合金和N杂原子调节了制备的碳骨架的电子结构,创建了丰富的活性位点,并改善了电荷的重新分布,因此导致更快的ORR和OER反应动力学。所制备的NiCo@N-C应用于Zn-空气电池的空气阴极,表现出良好的性能。这项工作为开发用于能源应用的高效多孔和功能化生物质衍生的氧电催化剂提供了一条新的思路。其次,通过超声浸渍法将CoOx和NiO纳米颗粒掺入Ui0-66 MOF的框架中,并在300℃下煅烧,以形成具有Ui0-66框架结构的CoOx/Ui066-300和NiO/Ui0-66-300异质结构。对合成材料的OER性能进行了研究,与NiO/Ui0-66-300和Ui0-66相比,CoOx/Ui0-66-300和Ui0-66的过电势较低,分别为291.6mV和416.6 mV。在550℃下对浸渍的纳米粒子进行热处理时,Ui066骨架坍塌,导致异质结构的OER性能下降。这项工作提供了一种通过合理设计异质结构来提高Co和Ni基材料的OER性能的新方法。
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