东华大学环境科学与工程学院
先进电化学能源与环境材料/器件课题组

乔锦丽教授课题组
Prof. Jinli Qiao's Research Group

乔锦丽教授课题组

热烈祝贺课题组芦拓研究工作在《eScience》发表

发布者:王永霞发布时间:2025-07-24浏览次数:10

热烈祝贺课题组芦拓研究工作在《eScience》发表

近日,eScience影响因子:36.6)发表我课题组在具有双钴位点的光电活性p-n异质结催化剂,用于高性能光增强锌空气电池最新成果。论文题目为《Photo-electroactive p-n heterojunction catalyst with dual Co sites for high-performance light-enhanced zinc–air batteries》。

具有高电催化活性和优异耐久性的含碳纳米纤维(CNFs/碳氮化物(CNs)的Co-Nx-C框架结构是可充电锌空气电池(RZABs)的关键材料。然而,现有的Co-Nx-C框架结构在合成过程中会发生严重的团聚现象,且活性位点可及性及机械强度有限。本研究通过“电纺丝+煅烧+球磨”有效协同,成功制备了具有IIp-n异质结(g-C3N4-Co@CNT/Co-N4/C@CNF)的光增强双功能催化剂。该复合材料将石墨碳氮化物(g-C3N4)纳米片与钴的双活性位点(纳米颗粒和Co-N4单原子)锚定在导电碳纳米纤维上。这种结构使电荷分离效率更高、光吸收增强以及氧还原动力学加速。密度泛函理论(DFT)计算表明,g-C3N4调节了电子结构并降低了反应自由能障碍,使d带中心更接近费米能级。在光照射下,g-C3N4-Co@CNT/Co-N4/C@CNF 展现出卓越的氧还原反应(ORR/氧析出反应(OER)催化性能,过电位差仅为 0.684 VE1/2 = 0.930 VEj:10 = 1.614 V)。

在实际应用中:1) 采用g-C3N4-Co@CNT/Co-N4/C@CNF光活性催化剂的光增强型液态ZABs可实现峰值功率密度310 mW cm−2,并超过1100小时的长期循环寿命;2) 光增强柔性ZABs亦可达到峰值功率密度96 mW cm−2并可承受0°–180°–0°的宽广弯曲角度范围条件下的运行。本研究为设计高效光电催化剂及推动下一代太阳能-电化学能量转换系统发展提供了新平台。


论文第一作者为博士生芦拓,论文链接:https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100450