江苏大学《Carbon》：超薄N掺杂石墨烯上锚定的CoN纳米颗粒，用于高度稳定的锌空气电池

成果简介

锚定在碳上的过渡金属氮化物作为氧还原催化剂被广泛用于锌空气电池。然而，过渡金属氮化物的尺寸和碳衬底的厚度往往难以控制。本文，江苏大学徐丽等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“CoN nanoparticles anchored on ultra-thin N-doped graphene as the oxygen reduction electrocatalyst for highly stable zinc-air batteries”的论文，研究通过1, 10-菲咯啉的配位与聚乙烯亚胺的插层效应的组合策略，合成了锚定在超薄氮掺杂石墨烯电催化剂（CoN/UNG）上的CoN纳米粒子。聚乙烯亚胺可以嵌入石墨烯层并阻止石墨烯的堆积，从而实现超薄纳米片结构。

1, 10-菲咯啉的氮原子上的孤对电子可以与Co 2+键合形成Co-N配位，然后限制Co元素的聚集。最后，小尺寸的CoN纳米粒子成功地锚定在超薄的氮掺杂石墨烯上。CoN/UNG 的半波电位相对于RHE 为0.87V，具有优异的电化学 ORR 性能和高稳定性。CoN/UNG基锌空气电池的功率密度为149.3 mW cm -2，比容量为917.2 mAh g -1，循环稳定性为350h。新的组合策略有利于合理设计小尺寸过渡金属氮化物锚定超薄氮掺杂石墨烯催化剂，推动锌空气电池的应用。

图文导读

方案 1。CoN/UNG催化剂制备过程示意图。

图1。(a) CoN/UNG、(b) CoN/NG-PEI、(c) CoN/NG- o – phen 和 (d) UNG 的 SEM 图像。(e) CoN/UNG 的 TEM 和 HRTEM 图像。(f) CoN/NG-PEI、(g) CoN/NG- o – phen 和 (h) UNG 的 TEM 图像。(i) CoN/UNG、(j) CoN/NG-PEI、(k) CoN/NG- o – phen 和 (l) UNG 的 AFM 图像。

图 2。(a) XRD 图案和 (b) CoN/UNG、CoN/NG-PEI 和 CoN/NG- o – phen 和 UNG 的拉曼光谱。(c) Co 2p 和 (d) N 1s的 CoN/UNG、CoN/NG-PEI 和 CoN/NG- o -phen 的 XPS 光谱。

图4。基于 CoN/UNG 和基于 Pt/C的电池的性能

小结

基于 CoN/UNG 的锌空气电池具有出色的 350 小时充放电循环稳定性。这项工作为合成用于锌空气电池的过渡金属氮化物催化剂提供了一种考虑碳基底厚度和粒径的双重调控策略。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.04.043