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                学术报道

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

                近日,唐亚文课题组在稀土氧化物助力高效氧催化剂方面的研究成∏果发表在Advanced Energy Materials (2020, 1903833, IF=24.884)上。Advanced Energy Materials是能源领域具有重要影响力的期刊之一,论文¤第一作者为化科院2018级硕士生李梦。相关工作收到MaterialsViews、催化计、能源学人等多个平台的报道。

                能源是人类社会经济增长和社々会变革的重要的物质基础。目前人类对能源的需求大部分仍来自于对化石燃料的开发利用,与之相伴,一系列环境问题接踵而来。改进能源利用技术,寻求环≡境友好、安全性高、性能优异的能源转换与存储装置显得尤←为重要。锌-空气电池具有能量密度高、安全性好以及绿色无污染等特点,引起了研究者们的广泛关注。探寻№研究高效氧催化剂是推动锌-空气电池进一步发展的关键。

                稀土金属有着“工业黄金”,“工ω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,有利于促进电催〇化反应的进行。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◥,表现々出了较高的功率密度(114.3 mW cm?2)、能量密度(892.7 Wh kgZn-1)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。

                该研究工作得到了江苏〓省新型动力电池重点实验室、江苏省生物医药功能材料协同创新中心、生物医药功能材料国家地方联合工程中心、国家自然︼科学基金、江苏省优势学科建设项目等资金的支持。

                文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903833

                江苏省新型动力电池重点实验室

                化学与材料科学学院

                2020.03.9

                • 更新时间

                  2020年03月09日

                • 阅读量

                • 供稿

                  化科院

                南京市∞仙林大学城文苑路1号,
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