华中科技大学Adv. Funct. Mater.：长寿命锌空气电池：二维氮掺杂碳纳米管/石墨烯杂化双功能氧电催化剂-石墨烯产业专题

华中科技大学Adv. Funct. Mater.：长寿命锌空气电池：二维氮掺杂碳纳米管/石墨烯杂化双功能氧电催化剂

时间:2019-11-26 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

【引言】

随着消费类电子产品和电动汽车对能源需求的不断增长，高效的能量转换和存储技术受到了人们的广泛关注。锌-空气电池等金属-空气电池以其高安全性和高性能等诸多优点，显示出巨大的发展潜力理论能量密度。贵金属基电催化剂的稀缺性和高成本不仅是值得关注的问题，例如ORR的Pt/C和OER的IrOx/RuOx，而且其催化双功能性不足和耐久性较差也是短板，这些单功能ORR和OER催化剂常被混合用于锌空气电池的双功能氧电催化剂的充放电过程。因此，开发高效、稳定的双功能氧电催化剂，对于加速缓慢的氧反应动力学，进一步提高锌-空气电池的充电能力和稳定性是必不可少的。最近，过渡金属-氮-碳纳米复合材料作为双功能氧化电催化剂展现出优异的性能，被认为是取代昂贵的双功能贵金属氧电催化剂的重要材料。特别是，金属-有机框架（MOF）因其丰富的碳、氮和过渡金属以及均匀的多孔结构而被认为是有前途的，及其衍生物通常保持良好的多孔结构，具有丰富的杂原子掺杂和活性金属中心，有助于氧电化学反应的催化活性。例如，碳多面体包裹的核/壳CoOx纳米颗粒和由zeolic-midazolate骨架（ZIFs）衍生的共修饰N掺杂石墨碳纳米笼对ORR和OER具有双功能电催化性能。当碳纳米管（CNTs）参与MOF衍生的杂化物时，其活性和耐久性因为ORR和OER都得到了进一步的提高。然而，这些催化剂要么很少用于锌-空气电池，要么电池性能并不令人满意。这主要是由于MOF衍生材料的颗粒特性，在放电/充电过程中会发生电催化剂的聚集和结构崩塌。因此，合理地构建坚固耐用的双功能氧电催化剂对长寿命锌-空气电池具有重要的意义和挑战性。

【成果简介】

近日，华中科技大学夏宝玉教授团队在碳纳米管/石墨烯杂化双功能氧电催化剂(GNCNTs)领域取得重要进展。文章以题目为“2D Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes/Graphene Hybrid as Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Long-Life Rechargeable Zn–Air Batteries”发表在Adv. Funct. Mater.上。用这种材料组装的锌空气电池具有253 mW cm-2的高功率密度和801 mAh g-1的比容量，并且在5 mA cm-2下表现出3000小时以上的良好循环稳定性。

【图文简介】

图1 GNCNTs的制备与形貌表征

2D Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes/Graphene Hybrid as Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Long-Life Rechargeable Zn–Air Batteries, 2019, Adv. Funct. Mater. , DOI：10.1002/adfm.201906081.

夏老师课题组相关MOF材料改性及其能量存储工作

Advanced Materials, 2019, DOI:10.1002/aenm.201901892 （导电聚合物MOF杂化材料柔性电容器）