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层层组装，厚度可调！介孔Mo2C/C微球高效稳定的Zn-空气电池

来源：时间：2023-12-22 10:32:08 浏览：816次

第一作者：Zhang Jun-Ye、Xia Chenfeng、Su Yaqiong

通讯作者：赵东元院士、祖连海博士、李伟教授

通讯单位：复旦大学

DOI: 10.1002/smll.202307378

【研究背景】

功能介孔材料因其大表面积、可调孔隙率、开放介孔通道和可控功能形貌/纳米结构等优点，引发了广泛的研究。特别是在锌（Zn）-空气电池中，介孔碳质复合材料利用低成本介孔碳作为基体来支撑高活性金属基纳米粒子/团簇/位点，作为正极氧还原反应（ORR）电催化剂显示出良好的前景。然而，在高电流密度下，基于介孔碳质复合材料的Zn-空气电池表现出快速的性能退化和较差的循环性能/稳定性，对其在电化学能源技术中的实际应用构成了重大障碍。基于此，复旦大学赵东元院士团队首次提出了“一锅法”合成多层顺序组装的介孔Mo₂C/C微球，并通过结构设计使其具有超高功率密度以及有前所未有的ORR催化稳定性。

多层介孔Mo₂C/C微球的合成示意图

【文章要点】

1、所制备的基于多层介孔Mo₂C/C微球的Zn-空气电池，具有超高功率密度（272 mW cm^-2），并且在高电流密度条件下（100 mA·cm^-2）具有创纪录的100 h稳定性。

2、通过密度泛函理论（DFT）计算、有限元分析和电化学实验证实，分层介孔结构可以通过毛细管效应增强亲水性以供应大量的O₂，并且通过快速的氧还原动力学消耗O₂，显着提高分级介孔上的O₂通量，从而加速O₂扩散。

【图文展示】

图1.多层介孔Mo₂C/C微球的形态和结构特征

图2. Mo₂C/C-x的外间孔碳层的可调厚度表征

图3.多层介孔Mo₂C/C微球顺序装配策略的原理与步骤示意图

图4.正极氧还原反应和Zn-空气电池性能

图5.基于多层介孔Mo₂C/C微球正极的氧还原动力学

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