高活性、價(jià)格親民的電極對(duì)于燃料電池、金屬-空氣電池的發(fā)展至關(guān)重要，但是由于活性位點(diǎn)的利用程度較低，電極材料的性能受到明顯限制，導(dǎo)致能量密度衰減。
有鑒于此，北京化工大學(xué)邵明飛、衛(wèi)敏等報(bào)道了一種含單原子催化位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的電極，通過有機(jī)分子插層修飾的層狀雙金屬氫氧化物，由于材料的限域作用，構(gòu)建含有單原子結(jié)構(gòu)的催化劑。制備電極材料展示了均勻分散的Co單原子、大量的暴露多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)。通過LDH的層間插層有機(jī)分子，合成得到的單原子催化劑中配位環(huán)境能夠精確調(diào)控（Co-N、Co-S）。制備的電極材料能用于組裝全固態(tài)Zn-空氣電池，并且具有較高的柔性、長(zhǎng)期充放電穩(wěn)定性。由于LDH雙金屬層狀化合物能夠很好的調(diào)控組成，該方法有望用于其他電極的制備和高性能的能源存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換器件。
本文要點(diǎn)
要點(diǎn)1. 電極制備方法。通過在碳布上水熱合成擔(dān)載CoAl-LDH，以對(duì)甲苯磺酸（PA）、間氨基苯磺酸（MA）作為插層有機(jī)分子，其中MA分子中含有氮元素、PA分子中沒有氮元素，PA分子比MA分子長(zhǎng)度更高，其中層間的MA分子提供高活性N原子從而為修飾Co原子提供配位原子，PA分子促進(jìn)Co原子暴露。合成得到的單原子催化劑展示了較高的ORR/OER性能，性能是迄今為止性能最優(yōu)異的催化劑的一員。
要點(diǎn)2. 將該單原子催化劑組裝到Zn-空氣電池，展示了690.3 mAh g-1的高比容量，能量密度達(dá)到963.3 Wh kg-1。充放電性能較好，在1 mA cm-2電流密度中的放電/充電電壓為1.79 V/1.23 V，電化學(xué)性能穩(wěn)定，有很好的柔性，可能在能源領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用前景。
Kui Fan, Zhenhua Li, Yingjie Song, Wenfu Xie, Mingfei Shao,* and Min Wei*, Confinement Synthesis Based on Layered Double Hydroxides: A New Strategy to Construct Single-AtomContaining Integrated Electrodes, Adv. Funct. Mater. 2020, 2008064
DOI: 10.1002/adfm.202008064
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202008064
