為了開發(fā)可充電鋅空氣電池，迫切需要用于OER和ORR的高效雙功能氧電極，其在充放電過程中應(yīng)具有高活性和穩(wěn)定性。然而，高成本、稀缺性和穩(wěn)定性差的貴金屬催化劑阻礙了它們的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。而二維(2D)過渡金屬氧化物是用于析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)的有前途的雙功能電催化劑，作為可充電鋅空氣電池的可持續(xù)催化劑將有重要意義。
近日，天津大學(xué)鄧意達和韓曉鵬等通過簡單的水熱法制備了鎳摻雜尖晶石氧化鈷(NCO)作為OER/ORR催化劑。電化學(xué)測試結(jié)果表明，NCO納米片表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化性能，OER的過電位為275 mV，ORR的起始電位為0.92 V。
此外，基于該材料組裝的鋅空氣電池在過渡金屬氧化物基氧電催化劑中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，具有222.3 mW cm-2的高功率密度和968.8 mA h gZn-1的比容量。
表征結(jié)果表明，Ni摻雜劑有助于產(chǎn)生氧空位并促進電子從Co轉(zhuǎn)移到Ni。而八面體氧間隙中Co2+和Ni3+的比例顯著增加，分別作為ORR和OER的活性位點。
此外，原位拉曼證明二維納米結(jié)構(gòu)和Ni摻雜劑有助于促進反應(yīng)過程中的電荷轉(zhuǎn)移，并且OER過程的真正活性物質(zhì)更偏向于Ni離子。這項工作為制備用于雙功能氧催化劑的高活性和耐用尖晶石過渡金屬氧化物材料提供了一種策略。
Regulating Metal Active Sites of Atomically-Thin Nickel-Doped Spinel Cobalt Oxide toward Enhanced Oxygen Electrocatalysis. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.134261
