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山东理工大学Zhongfang Li课题组--新型空间限制合成二维Fe,N共掺杂石墨烯双功能氧电催化剂并用于可充电空气正极
       通过简单的合成方法,即使用含氮聚合物(2,5-苯并咪唑)(ABPBI)、Fe盐和阳离子表面活性剂处理的蒙脱石(CMMT)层模板,合成具有高氧还原反应 (ORR) 和析氧反应 (OER) 性能的二维 Fe、N 共掺杂石墨烯 (2D Fe-NG) 用于锌空气电池(ZABs)。ABPBI/CMMT在350°C的真空辅助和热处理是Fe3+添加的关键。表征分析表明,添加的Fe3+以与MMT中ABPBI的N物种配位形成的Fe-Nx键的形式存在。由于二维Fe-NG中存在Fe-Nx位点,它在O2饱和的0.1 M KOH电解液中具有优于2D NG和20 wt% Pt/C的优异ORR性能。对于OER,2D Fe-NG的性能与RuO2接近。基于二维Fe-NG的自制ZAB具有高峰值功率密度、优异的可充电性能和更高的D-C循环稳定性。
 
 
Figure 1. 二维 NG 和二维 Fe-NG 的制备路线。
 
  Figure 2. (a) 2D NG 和 (b) 2D Fe-NG 的 SEM 图像。(c) 2D NG和 (d) 2D Fe-NG的TEM图像。(e) 2D NG和 (f) 2D Fe-NG的HR-TEM图像。(g) 2D Fe-NG 的典型STEM图像。(h-l) C、N、O、Fe 和 sum 的元素映射图像。
 
  Figure 3. (a) HRTEM 和 (b) 二维 Fe-NG 的 SAED。
 
  
Figure 4. (a) 2D NG、2D Fe-NG 和 20 wt% Pt/C 在 N2 和 O2 饱和的 0.1 M KOH 电解液中的 CV 曲线。(b) 制备的催化剂和商业20 wt% Pt/C的ORR LSV曲线。(c) 从LSV曲线获得的所有样品的 Tafel 斜率图。 (d) 不同电位下的电子转移数。
 
 
Figure 5. (a) 2D NG、(b) 2D Fe-NG 和 (c) 20 wt% Pt/C的ORR LSV曲线。(d) 在 O2 饱和的 0.1 M KOH 中,三个样品的ORR i-t计时电流响应。
 
 
Figure 6. (a)可充电液体ZABs的结构示意图。(b) 使用 2D Fe-NG、2D NG 和 20 wt% Pt/C作为空气正极的ZABs的放电极化和相应的功率密度图。(c) 10 mA cm−2 下的恒电流长时间放电比容量曲线。 (d) 在ZABs中说的倍率性能。 (e) 具有 2D Fe-NG、2D NG 和 20 wt% Pt/C 空气正极的 ZABs 的恒电流循环曲线(每个循环 10 分钟)。
 
相关研究成果于2021年由山东工业大学Zhongfang Li课题组,发表在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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