南京工業大學：Co-N摻雜碳cl作為鋰氧電池的高效催化劑

本文要點：

以ZIF-8為原料通過兩步路線輕鬆合成Co和氮共摻雜的碳材料

成果簡介

鋰氧電池受到了很多研究的關注，鋰氧電池過高電勢的問題至關重要。開發有效的電催化劑被認為是一種可行的方法。本文，南京工業大學De-Qing Cao，Xiao-Jing Liu等研究人員在《Energy Fuels》期刊發表名為「Co-N-Doped Carbon as an Efficient Catalyst for Lithium–Oxygen Batteries」的論文，研究通過兩步路線從ZIF-8製備了Co和N共摻雜碳材料，其中Co原子分散在ZIF-8衍生的N摻雜碳基質中。這種獲得的單原子Co–N–C催化劑被用作鋰氧電池的高效催化劑。Co-N-C陰極鋰-氧電池在放電過程中可提供2.7 V的高電壓平臺，而充電平臺則低於4V。摻Co-N的碳可改善碳材料的功函數，有效降低超電勢還原反應和析氧反應的關係，從而提高電池的性能。

圖文導讀

圖1. Co–N–C催化劑合成過程的示意圖。

圖2. ZIF-8的特性：（a）SEM圖像，（b和c）TEM圖像以及（d）XRD圖案。

圖3. Co–N–C的特徵：（a）XRD圖，（b）SEM圖像，（c）TEM圖像，（d）Co，N和C元素的EDS元素映射，（e）HAADF–STEM圖片，以及（f）面板e中白框的相應HAADF–STEM放大圖片。

圖4. Co–N–C的XPS光譜：（a）N 1s光譜和（b）Co 2p光譜。

圖5.鋰氧電池的電化學性能

圖6.（a）Co–N–C對放電和電荷的催化作用示意圖，以及（b）Co–N–C的CV曲線。

小結

總之，從ZIF-8衍生的Co / N共摻雜碳材料催化劑，該催化劑可有效降低ORR和OER工藝的過電勢。確認Co原子原子分散在ZIF-8衍生的N摻雜碳基質中。這種摻有Co-N的碳催化劑改變了碳的整體性質並增加了其電荷。石墨N在放電過程中起著積極的催化作用，而吡啶N和Co之間存在的Co–N 4位被認為在充電過程中起著良好的催化作用。結果，Co-N-C陰極鋰氧電池可以在放電期間提供2.7 V的高電壓，而充電平臺則低於4V。

文獻：