发表于 2018-05-21 16:02
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深圳大学教育部二维材料国际合作实验室苏陈良教授团队在碳基无金属电催化材料制备与锌空电池应用领域取得进展，研究成果近期以“B, N Codoped and Defect‐Rich Nanocarbon Material as a Metal‐Free Bifunctional Electrocatalyst for Oxygen Reduction and Evolution Reactions”为题发表在《Advanced Science》上，IF 9.03，深圳大学为第一完成单位和唯一通讯作者单位。 Adv. Sci.: 碳基无金属电催化剂制备与金属空气电池应用。 近年来，双功能碳基无金属催化材料在电催化及电池领域非常具有应用前景。开发此类双功能廉价氧催化剂对规模化推进燃料电池和金属空气电池应用具有重要意义。目前，常用的氧催化剂为铂/铑等贵金属基的催化剂，然而这些贵金属催化剂不能良好的兼顾催化氧还原和氧析出两种反应。此外，其高昂的价格也限制了燃料电池等能量转化装置的规模化使用。因此，获得廉价高催化活性的双功能氧催化剂是推进能源转化装置的核心瓶颈问题之一。 高性能碳材料合成过程复杂，通常是先高温热解合成制得掺杂性质的纳米碳材料，然后通过刻蚀技术构建碳缺陷，最终在缺陷和掺杂的共同作用下展现出优异的催化活性。本研究中前驱物碱式碳酸锌作为模板，乙基纤维素为碳源，同时同时以4,1-萘基苯硼酸为高沸点碳源和硼源，氨气为氮源，高温一步形成ZnO模板支载的硼氮共掺杂米多孔碳材料(B,N-Carbon)，去除模板即可得到无金属双功能碳催化剂。该策略形成碳缺陷及掺杂一步完成，操作简单且便于量产。
图1. 基于前驱物特性构建掺杂与碳缺陷的图示和表征。
在这项工作中，苏陈良教授与孙涛博士通过探究前驱体物性特点，有效地实现掺杂与碳缺陷一步构建的过程。值得注意的是，该种碳基无金属催化剂具有与商业Pt/C催化剂相媲美的优异氧还原活性，同时还具有比商业RuO2更加优异的氧析出活性，是一种高催化活性的氧催化剂。相应的由该种材料作为阴极的锌空电池具有低的过电势和优异的稳定性，实现其在电池中双功能的高效催化活性。 研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、深圳市孔雀计划和孔雀团队、广东省科技创新项目的财政支持。深圳大学孙涛博士后为第一作者，苏陈良教授为唯一通讯人，深圳大学为第一完成单位。 苏陈良教授简介：2015年加入深圳大学二维材料国际合作联合实验室范滇元院士团队，被聘为教授；2016年被遴选为博导；2017年入选荔园优青培养计划；2018年入选广东省特支计划科技创新青年拔尖人才。苏陈良教授一直从事二维材料化学制备、物性调控及其催化与能源应用研究，以通讯作者或者第一作者身份发表了多篇高水平学术论文，影响因子大于9 的中科院一区论文有《Nature Communications》、《Angewandte Chemie International Edition》、《Materials Horizons》、 《ACS Catalysis》，《J. Mater. Chem. A》、《Advanced Science》、《Applied Catalysis B: Environmental》等，上述论文深圳大学皆为第一完成单位。
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