Fe、N共摻雜的ZIF衍生碳材料在鋅-空氣電池中的應用

楊金慧 曹元杰 單 斌 杜 純

(華中科技大學 中歐清潔與可再生能源學院，材料科學與工程學院，機械科學與工程學院，湖北 武漢 430074)

隨著傳統化石能源的不斷消耗和能源危機的日益嚴重，對新型可再生能源技術的開發受到了越來越多科研人員的關注[1]。鋅-空氣電池作為一種能量密度高、成本低、充放電性能穩定的綠色能源裝置被認為具有廣泛的應用前景[2]。目前商用的鋅-空氣電池主要依賴于Pt/C來進行陰極氧還原(ORR)催化反應，但由于Pt儲量低，價格昂貴，長期使用穩定性差進而無法滿足鋅-空氣電池大批量、長時間的充放電要求[3]。因此研發一種廉價、高效的氧還原催化劑是當前鋅-空氣電池商業化的重點和難點。

近年來，過渡金屬作為最有應用前景的非貴金屬電化學催化劑得到了眾多科研工作者的研究。大量研究結果表明，與其他過渡金屬相比，Fe元素修飾的催化劑表現出更高的ORR活性和穩定性。Ohms[4]等人比較了不同過渡金屬(Mn、Fe、Co、Ni和Cu)修飾的催化劑的ORR性能，結果表明使用Fe修飾的樣品在堿性條件下具有最高的ORR活性，能有效促進4e-反應的進行。為了進一步提高ORR催化劑的導電性，獲得更大的極限電流密度，研究人員經常將Fe基催化劑與氮(N)摻雜的碳材料進行復合，導電的碳材料是理想的電催化劑載體，實驗證明N的引入可以誘導形成新的ORR活性位點[5]。以上結果說明將Fe元素與N摻雜的碳材料相結合能夠有效提升催化的ORR活性和耐久性，有利于進一步優化鋅-空氣電池的性能。……