受缓慢的四电子转移过程的限制,设计用于析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)的高性能非贵金属电催化剂是高效可充电锌-空气电池(ZABs)的迫切需求。
有鉴于此,新加坡南洋理工大学楼雄文教授、河南师范大学高书燕等人,开发了一种有效的策略,可通过一种方便的水热和随后的低温硫化方法来设计具有多孔蛋黄壳结构和氮掺杂的CoS2。
本文要点
1)与使用高腐蚀性的NH3气体作为常见的氮源不同,此处使用氢氧化铵作为蚀刻剂和氮源,确保了催化剂的卵黄结构在后退火过程中保持完整。得益于多孔的蛋黄壳结构的高孔隙率和氮掺杂带来的独特电子性能,制得的N-CoS2 YSS具有更多的暴露活性表面,从而为可逆氧电催化产生了出色的活性。
2)由于具有理想的形态和组成,制备的多孔N掺杂CoS2卵黄壳球(N-CoS2 YSSs)对OER和ORR均显示出优异的电催化性能,并且具有小的过电势,快速的动力学和长期的耐久性以及在可充电ZAB中出色的循环稳定性(在10 mA cm-2下超过165小时),超过了传统的基于贵金属的杂化催化剂(Pt/C || RuO2)。
3)此外,组装后的ZAB可提供640 mAh gZn-1的比容量,可用于实际设备。
总之,该工作提供了一种新颖的策略,可将硫化物设计用于金属-空气电池的高效双功能氧电催化剂。
参考文献:
Xue Feng Lu et al. Nitrogen‐Doped Cobalt Pyrite Yolk–Shell Hollow Spheres for Long‐Life Rechargeable Zn–Air Batteries. Advanced Science, 2020.
DOI: 10.1002/advs.202001178
https://doi.org/10.1002/advs.202001178