薛同/刘一蒲/李华MTE：石墨氮助力Fe3C实现高ORR活性-石墨烯产业专题

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薛同/刘一蒲/李华MTE：石墨氮助力Fe3C实现高ORR活性

时间:2022-11-18 作者: 来源:纳孚生物

第一作者：周荃、杨岳

通讯作者：薛同、刘一蒲、李华

通讯单位：北方民族大学，海南大学，兰州大学

【研究亮点】

1. 合成了富石墨氮碳 (graphitic NC) 骨架为载体的Fe3C氧还原催化剂，Fe3C纳米颗粒（6-10 纳米）被碳层包覆。

2. Fe3C@NC复合材料中，氮具有多种存在形式，DFT计算表明，石墨氮具有最高的活性。

3. 通过在碳骨架中增加石墨氮的含量，提高了Fe3C@NC 的ORR反应活性。

【研究背景】

将金属基催化活性材料与氮掺杂碳结构相结合是设计高性能电催化剂的有效策略。碳骨架中的氮对于调节复合材料的电子结构方面具有重要作用。氮在碳结构中存在不同的形式，然而，氮的不同存在形式对整体催化活性的贡献程度依旧是不明确的。

鉴于此，最近北方民族大学薛同，海南大学刘一蒲和兰州大学李华合作研发了一种以石墨氮为主要存在形式的Fe3C@NC复合材料，这一材料表现出优异的ORR活性和稳定性。实验和理论计算均证实了NC对Fe3C性能的促进作用。此外，石墨氮在不同的氮存在形式中表现出最高的催化活性，有效地减少了ORR反应中从O2到*OOH的能垒。将该Fe3C@NC复合材料应用于锌空气电池的空气阴极，其开路电压可达1.48 V，功率密度为155.6 mW cm-2，且比容量为798 mAh gZn-1。该研究表明，Fe3C和氮掺杂碳在促进ORR催化剂的性能方面具有协同作用，且石墨氮有助于提高Fe3C@NC的ORR活性。

【图文简介】

图2.晶体结构和化学态分析。

图4.Fe3C@NC在碱性体系中的ORR性能。