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層層組裝，厚度可調！介孔Mo2C/C微球高效穩(wěn)定的Zn-空氣電池

來源：時間：2023-12-22 10:32:08 瀏覽：2281次

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

通訊作者：趙東元院士、祖連海博士、李偉教授

通訊單位：復旦大學

DOI: 10.1002/smll.202307378

【研究背景】

功能介孔材料因其大表面積、可調孔隙率、開放介孔通道和可控功能形貌/納米結構等優(yōu)點，引發(fā)了廣泛的研究。特別是在鋅（Zn）-空氣電池中，介孔碳質復合材料利用低成本介孔碳作為基體來支撐高活性金屬基納米粒子/團簇/位點，作為正極氧還原反應（ORR）電催化劑顯示出良好的前景。然而，在高電流密度下，基于介孔碳質復合材料的Zn-空氣電池表現(xiàn)出快速的性能退化和較差的循環(huán)性能/穩(wěn)定性，對其在電化學能源技術中的實際應用構成了重大障礙?；诖?，復旦大學趙東元院士團隊首次提出了“一鍋法”合成多層順序組裝的介孔Mo₂C/C微球，并通過結構設計使其具有超高功率密度以及有前所未有的ORR催化穩(wěn)定性。

多層介孔Mo₂C/C微球的合成示意圖

【文章要點】

1、所制備的基于多層介孔Mo₂C/C微球的Zn-空氣電池，具有超高功率密度（272 mW cm^-2），并且在高電流密度條件下（100 mA·cm^-2）具有創(chuàng)紀錄的100 h穩(wěn)定性。

2、通過密度泛函理論（DFT）計算、有限元分析和電化學實驗證實，分層介孔結構可以通過毛細管效應增強親水性以供應大量的O₂，并且通過快速的氧還原動力學消耗O₂，顯著提高分級介孔上的O₂通量，從而加速O₂擴散。

【圖文展示】

圖1.多層介孔Mo₂C/C微球的形態(tài)和結構特征

圖2. Mo₂C/C-x的外間孔碳層的可調厚度表征

圖3.多層介孔Mo₂C/C微球順序裝配策略的原理與步驟示意圖

圖4.正極氧還原反應和Zn-空氣電池性能

圖5.基于多層介孔Mo₂C/C微球正極的氧還原動力學

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