Advanced Functional Materials:结晶度和氧缺陷调控氧化亚钴纳米片双功能电催化性能

锌空气电池是一种清洁高效的能量转换装置,具有能量密度高,效率高、高安全性、零排放和低成本等优点,在便携式电子设备,电动汽车,大规模储能等领域具有极大的应用前景。氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)是可充电锌空气电池中的重要过程。然而氧反应动力学迟缓,严重制约了锌空气电池的实际能量密度和循环稳定性。发展高效稳定且价格低廉的双功能催化剂是推动锌空气电池技术进步的关键。非晶材料具有更多无序化的原子分布和丰富的缺陷结构等性质,展现出较好的电催化性能。同时合理的氧缺陷含量调控能够进一步优化催化剂的电子结构,进一步提升电催化性能。

基于此,江苏大学徐丽副研究员和澳大利亚格里菲斯大学张山青课题组,提出引入非晶相并调控氧缺陷含量的策略提升CoO纳米片的ORR和OER双功能电催化活性,并利用真空煅烧的方法实现了氧缺陷浓度和非晶相的精准调控。在高温缺氧的环境下,氧缺陷的形成能降低,有利于氧缺陷的调控。同时利用Co(OH)2到CoO相变的非完全转化,构筑非晶相/晶相异质结构。电化学测试结果显示CoO的ORR和OER电催化性能得到了提升,ORR半波电位可达0.849 V(vs. RHE), 在电流密度为10 mA cm-2时的OER电位为1.594 V(vs. RHE)。在液态和半固态锌空气电池中具有氧缺陷和非晶相/晶相异质结构的CoO均具有优异的充放电性能和循环稳定性。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。

论文信息:

Engineering Crystallinity and Oxygen Vacancies of Co(II) Oxide Nanosheets for High Performance and Robust Rechargeable Zn–Air Batteries

Yuhui Tian, Xiaozhi Liu, Li Xu, Ding Yuan, Yuhai Dou, Jingxia Qiu, Henan Li, Jianmin Ma, Yun Wang, Dong Su, Shanqing Zhang

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202101239