近日，ACS Applied Materials & Interfaces（影响因子8.76）发表我课题组以碳纳米管负载可控Mg取代双金属硫化物作为分级双功能催化剂对可充电锌空气电池氧催化反应的研究。论文题目为Bimetallic sulfide with controllable Mg substitution anchored on CNTs as hierarchical bifunctional catalyst toward oxygen catalytic reactions for rechargeable zinc-air batteries。
本文章采用硫化法制备了一种高效的双功能复合催化剂——(Co, Mg)S2@CNTs，具有可控Mg取代的(Co, Mg)S2@CNTs具有特定的晶体结构（非晶态/晶态），分别催化氧还原/析氧反应（ORR/OER）。镁离子的掺杂激活了CoS2@CNTs的活性位点，加速了氧气吸附/解吸的动力学反应。同时，杂化催化剂表现出独特的层次结构和“催化缓冲”，进一步加速了催化过程的传质。另外，碳纳米管的外壁作为基底，通过合理设置吸附位点，有效地避免了(Co, Mg)S2@CNTs的团聚；碳纳米管的内外壁形成一条高速的传导通道，将氧催化反应产生的电子迅速转移。结果表明，(Co, Mg)S2@CNTs具有与商业催化剂Pt/C-RuO2相当的ORR性能（E1/2=0.80 V）与显著的OER性能（Ej=10=1.59 V），其268 mW cm-2的高功率密度和锌-空气电池的长期充放电稳定性(51.2h@5mA cm-2)证明了(Co, Mg)S2@CNTs在大功率器件中应用的可能性。这种环境友好、经济的合成方法以及优于Pt/C-RuO2的性能也显示了其潜在的工业应用前景。
论文的第一作者为硕士研究生郭佳宁，论文链接： https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c09385