新聞網(wǎng)訊 近日，機(jī)電工程學(xué)院李延輝教授團(tuán)隊(duì)在國際知名期刊Applied Energy（IF=10.1，中科院1區(qū)）發(fā)表題目為“Pyridinic N–B Pair-Doped Carbon Microspheres with Refined Hierarchical Architectures for Rechargeable Zinc-Air Batteries”的研究論文。我校李延輝教授、皮信信博士和哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫飛教授為共同通訊作者，青島大學(xué)為第一完成單位，機(jī)電工程學(xué)院2022級(jí)碩士研究生陳文浩為第一作者。
金屬-空氣電池作為解決能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存問題的替代方案，其效率受到氧還原反應(yīng)（ORR）和氧析出反應(yīng)（OER）緩慢反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的制約。鑒于低儲(chǔ)量、高成本鉑基電催化劑使用的局限性，碳材料具有成本低、高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性以及輕質(zhì)等優(yōu)勢(shì)，開發(fā)低成本、高效無金屬碳基雙功能電催化劑具有重要意義。為此，該工作通過硬模板法和物理活化法相結(jié)合策略，對(duì)碳基電極實(shí)現(xiàn)宏觀-微米-納米級(jí)多尺度結(jié)構(gòu)調(diào)控，獲得有序分級(jí)孔結(jié)構(gòu)與表面氮硼共摻雜基團(tuán)結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化，并有效調(diào)控了活性位點(diǎn)分布和局域電子環(huán)境。相比大多數(shù)碳基電催化劑，制備的富有序分級(jí)孔氮硼共摻雜碳微球電催化劑在鋅-空氣電池中實(shí)現(xiàn)了更高的電催化活性（ORR：起始電位0.996 V，半波電位0.889 V；OER：10 mA cm?2下過電位384 mV）與穩(wěn)定性（長(zhǎng)航時(shí)連續(xù)充放電358 h）。此外，該工作通過密度泛函理論（DFT）模擬揭示吡啶型N-B配對(duì)在鄰近N活性位點(diǎn)上的高效電子轉(zhuǎn)移途徑和OOH*吸附物種的轉(zhuǎn)換機(jī)制，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化碳基電催化劑的多雜原子配組與有序分級(jí)結(jié)構(gòu)提供了新見解。
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124511
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