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Nano Res.│基于LiFePO4与ZIF-8间的原子重组制备具有高效氧还原活性的过渡金属-杂原子-碳纳米管阵列催化剂

原创 编辑部 NanoResearch 2020.07.20

内容简介

随着全球锂离子电池电动车的快速发展,锂离子电池材料(如磷酸铁锂正极材料等)的高效回收利用已成为一个热门话题。鉴于杂原子(N、P等)掺杂铁碳材料(Fe-N(P)-C)具有优异的氧还原反应(ORR)电催化性能,而且磷酸铁锂本身又具有丰富的铁和磷元素,可作为理想的铁源和磷源,在本工作中,武汉理工大学木士春教授和何大平教授首次将磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)作为前驱体制备高性能的ORR催化剂。首先,将磷酸铁锂与具有丰富碳、氮源的金属有机框架(ZIF-8)进行简单混合和研磨,然后,在高温处理下进行原子间重组,即可获得富含Fe2P和Fe-Nx活性位点的类珊瑚状碳纳米管阵列材料(C-ZIF/LFP)。将该材料用于ORR电催化时发现,在碱性电解质中,其半波电位高达0.88 V,超过商业铂碳催化剂(0.85 V)的水平;在酸性电解质中,其半波电位为0.74 V,与铂碳催化剂较为接近(0.8 V);当作为锌空电池的阴极催化剂时,电池峰值功率密度高达140 mW/cm2,超过铂碳催化剂(110 mW/cm2)的水平。此项工作不仅证明了将LiFePO4作为制备催化剂的前驱体材料是可行的,也为LiFePO4甚至其他锂电池正极材料的高价值回收利用开辟了新的研究方向。

课题组简介

木士春教授,武汉理工大学学科首席教授,佛山实验室燃料电池材料研究室副主任,入选教育部“新世纪优秀人才计划”及国际电化学能源科学院(IAOEES)理事。何大平教授,英国皇家学会牛顿学者,任湖北省射频微波应用工程技术研究中心方向负责人,交叉创新实验室主任。本课题组致力于电化学能量转换与储存材料、器件及装置的研究和开发,重点研究质子交换膜燃电池关键材料(低Pt和非Pt氧还原反应(ORR)催化剂)和核心器件(膜电极MEA/CCM)、锂离子电池电极材料、析氢反应(HER)催化剂、析氧反应(OER)催化剂及功能化石墨烯材料的制备及应用等。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等国内外期刊上发表220余篇SCI学术论文,申请国家发明专利近100件,其中授权70余件。

课题组网站:http://www.polymer.cn/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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