ACS Catalysis：基于五氧化两磷多功能模板法分解两维磷异化碳纳米片及其正在锌空电池中的操做钻研 – 质料牛

发布时间：2025-10-09 20:13:29 来源： 作者：重大发现

【引止】

碳质料不但具备化教晃动下、基于导电性好等劣面，氧化由于多孔挨算的两磷两维磷异引进，借具备比概况积下、多功电池孔讲挨算歉厚、模纳米牛孔径可调等特色，板法正在催化、分解吸拦阻电化教储能等圆里皆患上到了普遍的化碳操做。经由历程将氮、片及磷、其正硫等杂元素引进多孔碳质料晶格中，锌空不但可能赫然后退质料的中的钻研质料润干性、导电性，基于借能创做收现小大量的氧化缺陷，为电化教反映反映提供更多的两磷两维磷异反映反映活性位面。可是，由于老例分解格式的重大性组成为了杂簿本异化多孔碳质料分解的工序啰嗦、重大，限度了其财富化斲丧；同时，由于贫乏实用的足腕去调控其孔隙挨算，进一步限度了其操做规模。

【功能简介】

比去，去自减拿小大滑铁卢小大教的陈忠伟教授战华中科技小大教的王患上丽教授等人正在ACS Catalysis上宣告了一篇闭于五氧化两磷多功能模板法分解两维磷异化碳纳米片的文章，题为“Two-Dimensional Phosphorus-Doped Carbon Nanosheets with Tunable Porosity for Oxygen Reactions in Zinc-Air Batteries”。

做者经由历程五氧化两磷正在不开反映反映历程中的多功能熏染感动，以葡萄糖、蔗糖等去世物量质料为先驱体，乐终日制备了一种具备多孔挨算的磷异化碳纳米片质料（2D-PPCN）。由于五氧化两磷的存正在及其衍去世的磷酸的脱水缩开熏染感动，固相水热历程中便会产去世基于片状挨算的散偏偏磷酸模板。同时，经由历程正在固相水热阶段调控五氧化两磷与葡萄糖的比例，可能约莫调控终产物的孔隙挨算。当五氧化两磷战葡萄糖的比例为3：1时，所患上产物中介孔较多，且质料的比概况积下达1555.8 m²g^-1，孔体积为1.383 cm³g^-1。

随后，做者钻研了回支不开五氧化两磷与葡萄糖的比例制备的不开挨算的磷异化碳纳米片质料做为ORR/OER单功能催化剂的电催化功能。钻研下场收现，较下的比概况积战收财的孔隙挨算，可能正在质料战电解液界里提供更下的反映反映干戈里积，以提创做收现更多的电荷存储的活性位面，有利于缩短电子转移的蹊径。经由历程测试该质料正在0.1 M KOH电解液中的氧复原复原/析出催化功能，收现其半波电位可能抵达0.85 V (vs. RHE)；同时，正在10 mA cm⁻²的电流稀度下，其过电位仅为365 mV (vs. RHE)。将该质料用做锌空电池阳极催化剂时，依然展现出较下的催化活性并具备卓越的循环晃动性，正在10 mA cm^-2的小大电流稀度下妨碍1000圈(每一圈充放电时候为10 min)循环晃动性测试，其充放电仄台颇为晃动，那批注2D-PPCN质料做为锌空电池电极质料的卓越操做远景。

【图文导读】

图1 2D-PPCN质料的分解示诡计

图2 样品的挨算表征图

(a, b) 2D-IP (中间产物)的TEM图；

(c, d) 2D-PPCN的TEM图；

(e, f, g) 2D-PPCN的STEM图战吸应的EELS mapping图；

(h) 2D-PPCN的AFM图。

图3 回支不开五氧化两磷/葡萄糖比例制备的磷异化碳纳米片质料STEM图比力

从左到左挨次为2D-IP-2/1 (a)、2D-PPCN-2/1 (b)、2D-PPCN-2/2 (c)、2D-PPCN-2/4 (d)战2D-PPCN-2/6 (e).

图4 质料的ORR/OER功能比力

(a) 1600 rpm转数下的质料ORR活性比力；

(b) 2D-PPCN-2/6质料正在400-2500rpm转数下的ORR极化直线；

(c) 1600 rpm转数下的质料OER活性比力；

(d) 所制备的催化剂的ORR/OER电势好较量(ORR: E_{j=2 mA cm}^-2; OER: E_{j=10 mA cm}^-2)。

图5 2D-PPCN质料的锌空功能

(a) 锌空电池拆配示诡计；

(b) 2D-PPCN战Pt/C+Ir/C质料的充放电极化直线比力；

(c) 2D-PPCN质料的锌空电池充放电直线(电流稀度10 mA cm^-2，每一圈充放电时候为10min)。

【小结】

该论文系统介绍了以五氧化两磷做为多功能模板的两维磷异化多孔碳纳米片质料的新格式。做为吸附剂，那类纳米挨算的磷异化多孔碳质料被证实具备较下的ORR/OER活性，同时，锌空电池测试也证明了该电极质料的卓越操做远景。

文献链接：Two-Dimensional Phosphorus-Doped Carbon Nanosheets with Tunable Porosity for Oxygen Reactions in Zinc-Air Batteries(ACS Catal., 2018, 8, pp 2464-2472)

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