安徽大学/中科院太原煤化所AFM：柔性锌空气电池的石墨烯层和活性位点协同调谐

研究背景与内容

更少的石墨烯层主要具有更高的表面积，以支持更多的催化位点进行能量转换，但以低成本从石墨合成无氧化的单层石墨烯仍然具有挑战性。

本文描述了一种协同减薄石墨烯层和构建催化位点的方法，通过多层石墨烯或其衍生物的蒸汽插层来创建优越的双功能氧催化剂。合成的1-2层石墨烯负载的FeN4和FeCo活性位点的小片尺寸表现出优异的氧还原和进化反应的可逆活性，总过电位低至0.648 V。

本文要点

要点1. 作者提出了一种剥离多层石墨烯及其衍生物的方法，并通过氯化铁(FeCl3)蒸气嵌入和原位转化，建立由更少层石墨烯支撑的ORR和ORR/OER催化位点。作者开发了一种凝胶化方法，使用三聚氰胺甲醛聚合物将FeCl3插层转化为ORR型原子铁催化位点，进一步将FeCl3重新插层到被密集催化位点覆盖的少层石墨烯中，并原位转化为石墨烯负载的Fe─N─C/FeCo双功能催化剂。

要点2. 测试结果表明，当诱导钴成分时，OER性能实际上显著提高。合成的双功能催化剂由1-2层石墨烯支撑的合金FeCo与原子FeN4偶联，整体过电位较低，为0.648 V。作者进一步构建了一种灵活可穿戴的准固态电缆型锌空气电池，具有高功率密度(188.5 mW cm – 2)和长周期稳定性(>450次循环)。

图1：a) G、Fe─G、FeN₄/G、FeN₄/G、FeN₄/G─Fe和FeN₄/G/FeCo样品的XRD谱图和b)拉曼光谱，c) Fe─G和FeN₄/G─Fe样品的G谱带拉曼光谱。

图4：制备的ORR和OER催化剂及其对比样品的电化学性能。a) 1600 rpm时ORR的LSV曲线。b) ORR对应的Tafel图。c)半波电位E_1/2与极限电流密度J_k的比较。d) RDE在1600 rpm时的OER极化曲线。e) OER对应的Tafel图。f) FeN₄/G/FeCo催化剂与最先进的双功能氧催化剂ΔE的比较。

参考文献

Mengmeng Yu, Feifei Guo, Li Xu. et al. Synergistically Tuning Graphene Layer and Active Sites for Flexible Zn–Air Batteries. Advanced Functional Materials. (2024).

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202411935

第一作者：Mengmeng Yu

通讯作者：王俊中、李宏保、Yan Zhang、王俊英

通讯单位：安徽大学、中国科学院太原煤化学研究所