物理化学学报 >> 2023, Vol. 39 >> Issue (8): 2210039.doi: 10.3866/PKU.WHXB202210039
所属专题: 能源电催化
于彦会, 饶鹏, 封苏阳, 陈民, 邓培林(), 李静, 苗政培(), 康振烨, 沈义俊, 田新龙()
收稿日期:
2022-10-27
录用日期:
2022-11-14
发布日期:
2022-11-21
通讯作者:
邓培林,苗政培,田新龙
E-mail:dengpeilin@hainanu.edu.cn;zpmiao92@hainanu.edu.cn;tianxl@hainanu.edu.cn
作者简介:
第一联系人:†These authors contributed equally to this work.
基金资助:
Yanhui Yu, Peng Rao, Suyang Feng, Min Chen, Peilin Deng(), Jing Li, Zhengpei Miao(), Zhenye Kang, Yijun Shen, Xinlong Tian()
Received:
2022-10-27
Accepted:
2022-11-14
Published:
2022-11-21
Contact:
Peilin Deng, Zhengpei Miao, Xinlong Tian
E-mail:dengpeilin@hainanu.edu.cn;zpmiao92@hainanu.edu.cn;tianxl@hainanu.edu.cn
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摘要:
探索非贵金属材料作为高效氧还原反应催化剂是迫切需要的,但具有一定的挑战性。本文采用等离子体轰击和酸洗相结合的策略合成了Co原子团簇修饰的多孔碳载体催化剂(CoAC/NC)。通过多种表征手段证实了的原子团簇特征。所得到的CoAC/NC催化剂在三电极体系和锌-空电池方面都表现出优异的氧还原反应活性。该催化剂的氧还原反应半波电位为0.887 V,显著优于商业Pt/C催化剂,且表现出优异的稳定性。此外,该催化剂组装的锌-空电池的峰值功率密度为181.5 mW∙cm−2,同样远高于Pt/C催化剂。这项工作不仅合成了一种高效的氧还原反应催化剂,而且为原子团簇催化剂的理性设计和实际应用提供了新的见解。
于彦会, 饶鹏, 封苏阳, 陈民, 邓培林, 李静, 苗政培, 康振烨, 沈义俊, 田新龙. 钴原子团簇用于高效氧还原反应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8), 2210039. doi: 10.3866/PKU.WHXB202210039
Yanhui Yu, Peng Rao, Suyang Feng, Min Chen, Peilin Deng, Jing Li, Zhengpei Miao, Zhenye Kang, Yijun Shen, Xinlong Tian. Atomic Co Clusters for Efficient Oxygen Reduction Reaction[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39(8), 2210039. doi: 10.3866/PKU.WHXB202210039
Fig 3
(a) LSV curves, (b) comparison of ORR activity, and (c) Tafel slopes of the catalysts. (d) LSV curves of CoAC/NC before and after ADT, (e) CA results of the CoAC/NC and Pt/C, (f) comparison of the ORR performance of the CoAC/NC and recently reported catalysts, (g) LSV curves, (h) comparison of E1/2 and jk of the CoAC/NC-X, (i) LSV curves of the CoAC/NC-S and CoAC/NC."
1 |
TianX.;ZhaoX.;SuY. Q.;WangL.;WangH.;DangD.;ChiB.;LiuH.;HensenE. J. M.;LouX. W.Science2019,366,850.
doi: 10.1126/science.aaw7493 |
2 |
TianX.;LuX. F.;XiaB. Y.;LouX. W.Joule2020,4,45.
doi: 10.1016/j.joule.2019.12.014 |
3 | LiL.;ShenS.;WeiG.;ZhangJ.Acta Phys. -Chim. Sin.2021,37,1911011. |
李琳;沈水云;魏光华;章俊良;物理化学学报,2021,37,1911011.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201911011 |
|
4 | DingL.;TangT.;HuJ.-S. Acta Phys. -Chim. Sin.2021,37,2010048. |
丁亮;唐堂;胡劲松;物理化学学报,2021,37,2010048.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202010048 |
|
5 |
LinZ.;XiaoB.;HuangM.;YanL.;WangZ.;HuangY.;ShenS.;ZhangQ.;GuL.;ZhongW.Adv. Energy Mater.2022,12,2200855.
doi: 10.1002/aenm.202200855 |
6 |
NanH.;SuY. Q.;TangC.;CaoR.;LiD.;YuJ.;LiuQ.;DengY.;TianX.Sci. Bull.2020,65,1396.
doi: 10.1016/j.scib.2020.04.015 |
7 |
GuJ.;ZhaoY.;LinS.;HuangJ.;CabreraC. R.;SumpterB. G.;ChenZ.J. Energy Chem.2021,63,285.
doi: 10.1016/j.jechem.2021.08.004 |
8 |
HuangB.;HouK.;LiuY.;HuR.;GuanL.J. Energy Chem.2021,63,521.
doi: 10.1016/j.jechem.2021.08.024 |
9 |
LiJ.;WangY.;YinZ.;HeR.;WangY.;QiaoJ.J. Energy Chem.2022,66,348.
doi: 10.1016/j.jechem.2021.08.007 |
10 | LiuM.;YangM.;ShuX.;ZhangJ.Acta Phys. -Chim. Sin.2021,37,2007072. |
刘苗苗;杨茅茂;舒欣欣;张进涛;物理化学学报,2021,37,2007072.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202007072 |
|
11 |
YangH.;GaoS.;RaoD.;YanX.Energy Storage Mater.2022,46,553.
doi: 10.1016/j.ensm.2022.01.040 |
12 |
DengY.;LuoJ.;ChiB.;TangH.;LiJ.;QiaoX.;ShenY.;YangY.;JiaC.;RaoP.;TianX.Adv. Energy Mater.2021,11,2101222.
doi: 10.1002/aenm.202101222 |
13 |
YangY.;WuD.;LiR.;RaoP.;LiJ.;DengP.;LuoJ.;HuangW.;ChenQ.;KangZ.;TianX.Appl. Catal. B: Environ.2022,317,121796.
doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121796 |
14 |
LouY.;LiuJ.;LiuM.;WangF.ACS Catal.2020,10,2443.
doi: 10.1021/acscatal.9b03716 |
15 |
WangY.;LiZ.;ZhangP.;PanY.;ZhangY.;CaiQ.;SilvaS. R. P.;LiuJ.;ZhangG.;SunX.;et alNano Energy2021,87,106147.
doi: 10.1016/j.nanoen.2021.106147 |
16 | XiaoY.;PeiY.;HuY.;MaR.;WangD.;WangJ.Acta Phys. -Chim. Sin.2021,37,2009051. |
肖瑶;裴煜;胡一帆;马汝广;王德义;王家成;物理化学学报,2021,37,2009051.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202009051 |
|
17 |
LiY.;ZangK.;DuanX.;LuoJ.;ChenD.J. Energy Chem.2021,55,572.
doi: 10.1016/j.jechem.2020.07.041 |
18 |
XieX.;HeC.;LiB.;HeY.;CullenD. A.;WegenerE. C.;KropfA. J.;MartinezU.;ChengY.;EngelhardM. H.Nat. Catal.2020,3,1044.
doi: 10.1038/s41929-020-00546-1 |
19 |
RaoP.;DengY.;FanW.;LuoJ.;DengP.;LiJ.;ShenY.;TianX.Nat. Commun.2022,13,5071.
doi: 10.1038/s41467-022-32850-8 |
20 |
WangH. Y.;WengC. C.;YuanZ. Y.J. Energy Chem.2021,56,470.
doi: 10.1016/j.jechem.2020.08.030 |
21 |
YangJ.;LiuW.;XuM.;LiuX.;QiH.;ZhangL.;YangX.;NiuS.;ZhouD.;LiuY.J. Am. Chem. Soc.2021,143,14530.
doi: 10.1021/jacs.1c03788 |
22 |
KumarA.;BuiV. Q.;LeeJ.;WangL.;JadhavA. R.;LiuX.;ShaoX.;LiuY.;YuJ.;HwangY.Nat. Commun.2021,12,6766.
doi: 10.1038/s41467-021-27145-3 |
23 |
LeiZ.;CaiW.;RaoY.;WangK.;JiangY.;LiuY.;JinX.;LiJ.;LvZ.;JiaoS.Nat. Commun.2022,13,24.
doi: 10.1038/s41467-021-27664-z |
24 |
ZhangM.;ZhangJ.;RanS.;QiuL.;SunW.;YuY.;ChenJ.;ZhuZ.Nano Res.2020,14,1175.
doi: 10.1007/s12274-020-3168-z |
25 |
LeiZ.;TanY.;ZhangZ.;WuW.;ChengN.;ChenR.;MuS.;SunX.Nano Res.2020,14,868.
doi: 10.1007/s12274-020-3127-8 |
26 |
YangJ.;QiH.;LiA.;LiuX.;YangX.;ZhangS.;ZhaoQ.;JiangQ.;SuY.;ZhangL.J. Am. Chem. Soc.2022,144,12062.
doi: 10.1021/jacs.2c02262 |
27 |
XingG.;TongM.;YuP.;WangL.;ZhangG.;TianC.;FuH.Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202211098.
doi: 10.1002/anie.202211098 |
28 |
BaiX.;ZhaoX.;ZhangY.;LingC.;ZhouY.;WangJ.;LiuY.J. Am. Chem. Soc.2022,144,17140.
doi: 10.1021/jacs.2c07178 |
29 |
ShenS.;HuZ.;ZhangH.;SongK.;WangZ.;LinZ.;ZhangQ.;GuL.;ZhongW.Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202206460.
doi: 10.1002/anie.202206460 |
30 |
LiuJ. C.;MaX. L.;LiY.;WangY. G.;XiaoH.;LiJ.Nat. Commun.2018,9,1610.
doi: 10.1038/s41467-018-03795-8 |
31 |
HuangH.;YuD.;HuF.;HuangS. C.;SongJ.;ChenH. Y.;LiL. L.;PengS.Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202116068.
doi: 10.1002/anie.202116068 |
32 |
WangQ.;HuangX.;ZhaoZ. L.;WangM.;XiangB.;LiJ.;FengZ.;XuH.;GuM.J. Am. Chem. Soc.2020,142,7425.
doi: 10.1021/jacs.9b12642 |
33 |
CaiC.;WangM.;HanS.;WangQ.;ZhangQ.;ZhuY.;YangX.;WuD.;ZuX.;SterbinskyG. E.ACS Catal.2020,11,123.
doi: 10.1021/acscatal.0c04656 |
34 |
ChenZ. W.;YanJ. M.;JiangQ.Small Methods2018,3,1800291.
doi: 10.1002/smtd.201800291 |
35 |
ZhangX.;ChenA.;ZhangZ.;ZhouZ.J. Mater. Chem. A2018,6,18599.
doi: 10.1039/c8ta07683a |
36 |
YuP.;WangL.;SunF.;XieY.;LiuX.;MaJ.;WangX.;TianC.;LiJ.;FuH.Adv. Mater.2019,31,e1901666.
doi: 10.1002/adma.201901666 |
37 |
YangZ.;ZhaoC.;QuY.;ZhouH.;ZhouF.;WangJ.;WuY.;LiY.Adv. Mater.2019,31,e1808043.
doi: 10.1002/adma.201808043 |
38 |
HanX.;LingX.;YuD.;XieD.;LiL.;PengS.;ZhongC.;ZhaoN.;DengY.;HuW.Adv. Mater.2019,31,e1905622.
doi: 10.1002/adma.201905622 |
39 |
RaoP.;WuD.;WangT.-J.;LiJ.;DengP.;ChenQ.;ShenY.;ChenY.;TianX.eScience2022,2,399.
doi: 10.1016/j.esci.2022.05.004 |
40 |
GaoJ.;HuY.;WangY.;LinX.;HuK.;LinX.;XieG.;LiuX.;ReddyK. M.;YuanQ.Small2021,17,e2104684.
doi: 10.1002/smll.202104684 |
41 |
YangZ.;ChenB.;ChenW.;QuY.;ZhouF.;ZhaoC.;XuQ.;ZhangQ.;DuanX.;WuY.Nat. Commun.2019,10,3734.
doi: 10.1038/s41467-019-11796-4 |
42 |
ZhongH.;ShiC.;LiJ.;YuR.;YuQ.;LiuH.;YaoY.;WuJ.;ZhouL.;MaiL.Chem. Commun.2020,56,4488.
doi: 10.1039/c9cc10036a |
43 |
RenW.;TanX.;YangW.;JiaC.;XuS.;WangK.;SmithS. C.;ZhaoC.Angew. Chem. Int. Ed.2019,58,6972.
doi: 10.1002/anie.201901575 |
[1] | 兰畅, 楚宇逸, 王烁, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍. 质子交换膜燃料电池阴极非贵金属M-Nx/C型氧还原催化剂研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210036 -0 . |
[2] | 胡洋, 刘斌, 徐路遥, 董自强, 仵亚婷, 刘杰, 钟澄, 胡文彬. 基于微流控技术平台的Pt基三元电催化剂高通量合成和筛选[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2209004 -0 . |
[3] | 李景学, 于跃, 徐斯然, 闫文付, 木士春, 张佳楠. 电子自旋效应在电催化剂中的作用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2302049 - . |
[4] | 孙轲, 赵永青, 殷杰, 靳晶, 刘翰文, 席聘贤. 有机配体表面改性NiCo2O4纳米线用于水全分解[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2107005 - . |
[5] | 李峥嵘, 申涛, 胡冶州, 陈科, 陆贇, 王得丽. 有序金属间化合物电催化剂在燃料电池中的应用进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2010029 - . |
[6] | 梁嘉顺, 刘轩, 李箐. 提升燃料电池铂基催化剂稳定性的原理、策略与方法[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2010072 - . |
[7] | 丁亮, 唐堂, 胡劲松. 基于金属-氮-碳结构催化剂的质子交换膜燃料电池研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2010048 - . |
[8] | 刘苗苗, 杨茅茂, 舒欣欣, 张进涛. 燃料电池碳基氧还原催化剂的设计与应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2007072 - . |
[9] | 韩洪仨, 王彦青, 张云龙, 丛媛媛, 秦嘉琪, 高蕊, 柴春晓, 宋玉江. 金属卟啉修饰的多孔聚苯胺基氧还原电催化剂[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2008017 - . |
[10] | 包玉菲, 冯立纲. PdNi/石墨烯气凝胶电催化甲酸氧化[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2008031 - . |
[11] | 黄磊, Zaman Shahid, 王志同, 牛慧婷, 游波, 夏宝玉. 铂基空心纳米框架的合成及其在直接醇燃料电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2009035 - . |
[12] | 薛延荣, 王兴栋, 张向前, 方锦杰, 许志远, 张宇烽, 刘雪瑞, 刘梦园, 朱威, 庄仲滨. 具有经济性的碱性膜燃料电池氢气氧化反应催化剂[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2009103 - . |
[13] | 郝磊端, 孙振宇. 基于金属氧化物材料的二氧化碳电催化还原[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009033 - . |
[14] | 肖瑶, 裴煜, 胡一帆, 马汝广, 王德义, 王家成. 磷化钴封装在磷富集的三维多孔碳及其双功能氧电催化性能研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009051 - . |
[15] | 闫大强, 张林, 陈祖鹏, 肖卫平, 杨小飞. 镍基金属有机框架衍生的双功能电催化剂用于析氢和析氧反应[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009054 - . |
|