ZIF-8/LiFePO4 Derived Fe-N-P Co-doped Carbon Nanotube Encapsulated Fe2P Nanoparticles for Efficient Oxygen Reduction and Zn-Air Batteries
原創(chuàng) 編輯部 NanoResearch 2020.07.20
內(nèi)容簡介
隨著全球鋰離子電池電動車的快速發(fā)展，鋰離子電池材料（如磷酸鐵鋰正極材料等）的高效回收利用已成為一個熱門話題。鑒于雜原子（N、P等）摻雜鐵碳材料(Fe-N(P)-C)具有優(yōu)異的氧還原反應(yīng)（ORR）電催化性能，而且磷酸鐵鋰本身又具有豐富的鐵和磷元素，可作為理想的鐵源和磷源，在本工作中，武漢理工大學(xué)木士春教授和何大平教授首次將磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）作為前驅(qū)體制備高性能的ORR催化劑。首先，將磷酸鐵鋰與具有豐富碳、氮源的金屬有機(jī)框架（ZIF-8）進(jìn)行簡單混合和研磨，然后，在高溫處理下進(jìn)行原子間重組，即可獲得富含F(xiàn)e2P和Fe-Nx活性位點(diǎn)的類珊瑚狀碳納米管陣列材料（C-ZIF/LFP）。將該材料用于ORR電催化時發(fā)現(xiàn)，在堿性電解質(zhì)中，其半波電位高達(dá)0.88 V，超過商業(yè)鉑碳催化劑（0.85 V）的水平；在酸性電解質(zhì)中，其半波電位為0.74 V，與鉑碳催化劑較為接近（0.8 V）；當(dāng)作為鋅空電池的陰極催化劑時，電池峰值功率密度高達(dá)140 mW/cm2，超過鉑碳催化劑（110 mW/cm2）的水平。此項(xiàng)工作不僅證明了將LiFePO4作為制備催化劑的前驅(qū)體材料是可行的，也為LiFePO4甚至其他鋰電池正極材料的高價值回收利用開辟了新的研究方向。
課題組簡介
木士春教授，武漢理工大學(xué)學(xué)科首席教授，佛山實(shí)驗(yàn)室燃料電池材料研究室副主任，入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃”及國際電化學(xué)能源科學(xué)院（IAOEES）理事。何大平教授，英國皇家學(xué)會牛頓學(xué)者，任湖北省射頻微波應(yīng)用工程技術(shù)研究中心方向負(fù)責(zé)人，交叉創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主任。本課題組致力于電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換與儲存材料、器件及裝置的研究和開發(fā)，重點(diǎn)研究質(zhì)子交換膜燃電池關(guān)鍵材料（低Pt和非Pt氧還原反應(yīng)（ORR）催化劑）和核心器件（膜電極MEA/CCM）、鋰離子電池電極材料、析氫反應(yīng)（HER）催化劑、析氧反應(yīng)（OER）催化劑及功能化石墨烯材料的制備及應(yīng)用等。目前，已在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci.，ACS Nano，ACS Catal, ACS Energy Lett., Nano Energy等國內(nèi)外期刊上發(fā)表220余篇SCI學(xué)術(shù)論文，申請國家發(fā)明專利近100件，其中授權(quán)70余件。
課題組網(wǎng)站：http://m.jrdgc.com/ss/shichunmu/index.html
文章信息
Huihui Jin, Huang Zhou, Pengxia Ji, Chengtian Zhang, Jiahuan Luo, Weihao Zeng, Chenxi Hu, Daping He*, and Shichun Mu*. ZIF-8/LiFePO4 Derived Fe-N-P Co-doped Carbon Nanotube Encapsulated Fe2P Nanoparticles for Efficient Oxygen Reduction and Zn-Air Batteries. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-020-2702-3.
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