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制备以木材为双功能ORR/OER电极的分层多孔碳板材料

? ? ? ? ?可充电的锌-空气电池具有高比能量密度和低成本的特点,它已成为一种有前景的新技术,以应对未来的能源需求。然而,与所有金属-空气电池系统一样,这些电池的性能受到放电和充电过程中阴极电化学和动力学的限制。为了避免使用贵金属催化剂,我们提出将氮掺杂多孔碳材料作为这些电池的电极材料。这些多孔碳材料作为电极的性能取决于在高密度下生成OER活性吡啶N和ORR活性季铵N基团的化学性质以及材料的多孔性。这是因为这些因素决定了活性部位会提供相关化学物质(如O2、OH-和H2O)的程度,并有助于防止平面电极表面的堵塞。到目前为止,还没有关于将生物质直接转化为基于含氧反应的装置的自持多孔阴极材料的报道。
? ? ? ?在2019年3月华南理工大学彭新文博士等人在《Advanced Materials 》发表了一篇空气燃料电池的文章。文章以纤维素/半纤维素微纤维和木质素为主要原料,通过对木材简单热分解,制备出了无金属介孔含N掺杂3D催化剂材料(N/HPC)。它具有较高的机械强度,高表面积和丰富的分级孔结构。文章首先对原木材进行了扫描电子显微镜图像(SEM)和样品热解后各向的异性结构进行分析,发现碳化木板的各向异性三维结构保存良好,具有较高机械强度和良好的导电性能。实验结果发现在900℃的热解温度下,在ORR/OER活性点数量比较多,孔隙率和孔分层结构都比较好,BET表面积计算值最高,远高于未经酶处理的对照样品。N/E-HPC-900的主要孔径约2nm。在碱性电解质中,在燃料电池的极化曲线中也证实了在充放电之间存在低电压隙,表明其良好的充放电能力。与基准铂/碳催化剂做对照时发现,这种碳素材料在电催化方面具有较好的耐久性和稳定性,比较适合用作低成本、高效的空气阴极材料,用于可充电的锌-空气电池和燃料电池。(AMSC ?LB Ren编报)

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