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AFM:CoAl-LDH/层间有机分子合成单原子Co电催化剂

高活性、价格亲民的电极对于燃料电池、金属-空气电池的发展至关重要,但是由于活性位点的利用程度较低,电极材料的性能受到明显限制,导致能量密度衰减。


有鉴于此,北京化工大学邵明飞、卫敏等报道了一种含单原子催化位点结构的电极,通过有机分子插层修饰的层状双金属氢氧化物,由于材料的限域作用,构建含有单原子结构的催化剂。制备电极材料展示了均匀分散的Co单原子、大量的暴露多级孔道结构。通过LDH的层间插层有机分子,合成得到的单原子催化剂中配位环境能够精确调控(Co-NCo-S。制备的电极材料能用于组装全固态Zn-空气电池,并且具有较高的柔性、长期充放电稳定性。由于LDH双金属层状化合物能够很好的调控组成,该方法有望用于其他电极的制备和高性能的能源存储、转换器件。



本文要点


要点1. 电极制备方法。通过在碳布上水热合成担载CoAl-LDH,以对甲苯磺酸(PA)、间氨基苯磺酸(MA)作为插层有机分子,其中MA分子中含有氮元素、PA分子中没有氮元素,PA分子比MA分子长度更高,其中层间的MA分子提供高活性N原子从而为修饰Co原子提供配位原子,PA分子促进Co原子暴露。合成得到的单原子催化剂展示了较高的ORR/OER性能,性能是迄今为止性能最优异的催化剂的一员。


要点2. 将该单原子催化剂组装到Zn-空气电池,展示了690.3 mAh g-1的高比容量,能量密度达到963.3 Wh kg-1。充放电性能较好,在1 mA cm-2电流密度中的放电/充电电压为1.79 V/1.23 V,电化学性能稳定,有很好的柔性,可能在能源领域取得广泛应用前景。



Kui Fan, Zhenhua Li, Yingjie Song, Wenfu Xie, Mingfei Shao,* and Min Wei*, Confinement Synthesis Based on Layered Double Hydroxides: A New Strategy to Construct Single-AtomContaining Integrated Electrodes, Adv. Funct. Mater. 2020, 2008064

DOI: 10.1002/adfm.202008064

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202008064



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