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唐亚文课题组在Advanced Energy Materials上发表研究论文

JINRI,TANGYAWENKETIZUZAIXITUYANGHUAWUZHULIGAOXIAOYANGCUIHUAJIFANGMIANDEYANJIUCHENGGUOFABIAOZAIAdvanced Energy Materials (2020, 1903833, IF=24.884)SHANG。Advanced Energy MaterialsSHINENGYUANLINGYUJUYOUZHONGYAOYINGXIANGLIDEQIKANZHIYI,LUNWENDIYIZUOZHEWEIHUAKEYUAN2018JISHUOSHISHENGLIMENG。XIANGGUANGONGZUOSHOUDAOMaterialsViews、CUIHUAJI、NENGYUANXUERENDENGDUOGEPINGTAIDEBAODAO。

NENGYUANSHIRENLEISHEHUIJINGJIZENGZHANGHESHEHUIBIANGEDEZHONGYAODEWUZHIJICHU。MUQIANRENLEIDUINENGYUANDEXUQIUDABUFENRENGLAIZIYUDUIHUASHIRANLIAODEKAIFALIYONG,YUZHIXIANGBAN,YIXILIEHUANJINGWENTIJIEZHONGERLAI。GAIJINNENGYUANLIYONGJISHU,XUNQIUHUANJINGYOUHAO、ANQUANXINGGAO、XINGNENGYOUYIDENENGYUANZHUANHUANYUCUNCHUZHUANGZHIXIANDEYOUWEIZHONGYAO。XIN-KONGQIDIANCHIJUYOUNENGLIANGMIDUGAO、ANQUANXINGHAOYIJILVSEWUWURANDENGTEDIAN,YINQILEYANJIUZHEMENDEGUANGFANGUANZHU。TANXUNYANJIUGAOXIAOYANGCUIHUAJISHITUIDONGXIN-KONGQIDIANCHIJINYIBUFAZHANDEGUANJIAN。

稀土金属有着“工业黄金”,“工业维生素”之美称。由于稀土金属具有独特的4f亚层电子结构和极强的亲氧性,使得其在氧参与的电催化反应中拥有较好的应用前景。目前,大多数对于稀土金属氧化物基催化剂的研究集中在氧化铈掺杂上。然而氧化铈的电子传导欠佳,极大的限制了稀土在能源领域中的应用。基于此,南京师范大学唐亚文教授与亚纽卡斯尔大学马天翼教授、UT-Austin付更涛博士合作,结合DFT理论计算和实际反应模型,系统研究了稀土元素钆(Gd)调控Co催化剂的价结构转变与界面电荷调控,从而实现高效催化氧反应并应用于可充放电式锌空电池中。相关结果发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201903833)上。

研究通过简便的溶胶-凝胶法,将Gd2O3-Co异质结构的粒子负载在N掺杂石墨烯气凝胶上(Gd2O3-Co/NG)。研究表明,引入Gd2O3后催化剂的氧催化活性得到了显著提高。与未加入稀土Gd的Co/NG相比,Gd2O3-Co/NG在碱性测试条件下氧还原反应半波电位提升了100 mV,并且表现出近似于商业化铂碳的塔菲尔斜率;在40000s长期运行环境下仅5%的电流衰减,显示出优异的稳定性。理论研究表明,高价的Gd2O3的引入引起了Gd2O3/Co界面处的电荷重新分布,使得催化剂电荷转移电阻降低了23 Ω,并产生了更多的活性位点,有利于促进电催化反应的进行。双电层电容测试表明Gd2O3-Co/NG双电层电容为21.5 mF cm-2,约为Co/NG催化剂1.67倍。密度泛函理论也证明了Gd2O3-Co之间的耦合有利于平衡Gd2O3-Co表面上的OOH*和OH*。将合成的催化剂进一步应用在可充放电式锌空电池中,表现出了较高的功率密度(114.3 mW cm2)、能量密度(892.7 Wh kgZn-1yabo登录)和优异的长程稳定性(循环超过160圈,电池的充放电电压几乎没有变化)。这一研究结果为稀土金属在能源领域的应用提供了新的思路。

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WENZHANGLIANJIE: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903833

JIANGSUSHENGXINXINGDONGLIDIANCHIZHONGDIANSHIYANSHI

HUAXUEYUCAILIAOKEXUEXUEYUAN

2020.03.9

  • 更新时间

    2020NIAN03YUE09RI 10:26

  • 阅读量

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  • 供稿

    HUAKEYUAN

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