DSR助力(li)科研(yan)，壹(yi)區TOP，溫(wen)州大學陳亦(yi)皇團隊(dui)發(fa)表(biao)鋅-空氣電(dian)池(chi)論(lun)文(wen)研(yan)究(jiu)

通(tong)過光熱(re)過(guo)渡(du)金(jin)屬硫(liu)化(hua)物(wu)異(yi)質(zhi)結(jie)構推(tui)動(dong)耐(nai)ji端(duan)溫(wen)度(du)鋅-空氣電(dian)池(chi)的(de)發(fa)展

理(li)化(hua)（香(xiang)港(gang)）有限(xian)公(gong)司2024年(nian)度(du)優選(xuan)論文(wen)

當前(qian)，鋰(li)離子電(dian)池(chi)在儲能市(shi)場(chang)中(zhong)占(zhan)據主導地位，然(ran)而，現(xian)有的(de)鋰(li)離子電(dian)池(chi)技(ji)術面(mian)臨著(zhe)能量密度(du)不(bu)足（50-260 Whkg^-1）、運(yun)營(ying)成本高(gao)、安(an)全隱(yin)患等(deng)挑(tiao)戰，制(zhi)約(yue)了其進壹(yi)步發(fa)展和利(li)用。下壹(yi)代能(neng)量轉(zhuan)換和存儲系統(tong)的更(geng)換勢在必行。

鋅空氣電(dian)池(chi)（ZABs）因其zhuo越的理(li)論能(neng)量密(mi)度(du) （1086Whkg^-1）、強大的安(an)全性和(he)成本效益而成為(wei)有前(qian)途(tu)的候選(xuan)者，具有巨大的(de)研(yan)究(jiu)潛力(li)。然而，ZABs中(zhong)與氧(yang)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)（ORR）和(he)析(xi)氧反(fan)應(ying)（OER）相關的緩(huan)慢(man)動(dong)力(li)學，阻礙了其實際(ji)應(ying)用。解決(jue)這些反(fan)應(ying)中(zhong)動(dong)力(li)學延遲的(de)挑(tiao)戰對(dui)於推進ZABs實(shi)際(ji)應(ying)用至關重要(yao)。

近日，溫(wen)州大學陳亦(yi)皇團隊(dui)在國際(ji)期刊(kan)《Energy & Environmental Science》發(fa)表(biao)題為(wei)《Advancing extreme-temperature-tolerant zinc–air batteries through photothermal transition metal sulfide heterostructures》重磅(bang)論文(wen)，論(lun)文(wen)研(yan)究(jiu)壹(yi)種由(you)氧化(hua)石(shi)墨烯(xi)上(shang)負載(zai)的NiCo2S4@NiFe層狀(zhuang)雙氫氧(yang)化(hua)物(wu)（NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO）組成的光熱(re)電(dian)催(cui)化(hua)劑。

NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO光熱(re)電(dian)催(cui)化(hua)劑表(biao)現出顯(xian)著(zhe)的雙(shuang)功能活(huo)性，在光熱(re)效應(ying)的(de)影響(xiang)下(xia)，E值(zhi)為(wei)0.636V，遠(yuan)遠(yuan)超過(guo)大(da)多數(shu)先進體(ti)系(xi)（通(tong)常>0.68V）。在25mA cm-2的高(gao)電(dian)流密度(du)下，基於NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO的ZABs展現出了驚人的循(xun)環性能(neng)，在無光照(zhao)條(tiao)件下(xia)達到3410次(ci)循(xun)環(huan)，在光照(zhao)條(tiao)件下(xia)進壹(yi)步延長(chang)到了8285次(ci)循(xun)環(huan)。

此外(wai)，當組裝柔性全固(gu)態ZABs時，光熱(re)輔助(zhu)下的可充(chong)電(dian)電(dian)池(chi)表(biao)現出出色的性能(neng)，包括最(zui)大(da)功率密(mi)度(du)（例如(ru)，25 ℃時(shi)為(wei)151.7mW cm^-2）、顯著(zhe)的(de)循(xun)環穩(wen)定(ding)性（例(li)如(ru)，-40℃下(xia)超(chao)過(guo)3480次(ci)循(xun)環(huan)），以及(ji)從(cong)高(gao)溫(wen)（60 ℃）到極(ji)低(di)溫(wen)（-40℃）的zhuo越(yue)靈活(huo)性。最(zui)後，通(tong)過(guo)原位拉(la)曼(man)光譜(pu)和(he)模擬(ni)研(yan)究(jiu)，揭示(shi)了光熱(re)效應(ying)促(cu)進羥基氧化(hua)物(wu)的(de)生(sheng)成的關鍵(jian)作用，強調(tiao)了光熱(re)效應(ying)對(dui)電(dian)催(cui)化(hua)性能(neng)的有益影響(xiang)。該(gai)論(lun)文(wen)研(yan)究(jiu)對(dui)探(tan)索(suo)發(fa)展新型(xing)ZABs技(ji)術具有重要(yao)指導意(yi)義。

論文(wen)題(ti)目：Advancing extreme-temperature-tolerant zinc–air batteries through photothermal transition metal sulfide heterostructures

論文(wen)作者：溫(wen)州大學化(hua)學與材料(liao)工(gong)程學(xue)院(yuan) 陳(chen)亦(yi)皇團隊(dui)

論文(wen)期刊(kan)：《Energy & Environmental Science》

論文(wen)分(fen)區(qu)：JCR壹(yi)區TOP

影響(xiang)因子：32.4

論文(wen)DO1：10.1039/d4ee03240c

該(gai)論(lun)文(wen)研(yan)究(jiu)使(shi)用了理(li)化(hua)（香(xiang)港(gang)）有限(xian)公(gong)司提(ti)供的DSR數(shu)字型(xing)旋轉(zhuan)圓盤(pan)圓環電(dian)極裝置進行實驗(yan)，測(ce)定(ding)了NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO電(dian)催(cui)化(hua)劑的(de)雙功能性能(neng)，以及(ji)轉(zhuan)移(yi)電(dian)子數(shu)與過(guo)氧化(hua)氫（H₂O₂）產(chan)量(liang)的測(ce)試(shi)，獲(huo)得(de)良好(hao)的(de)譜圖(tu)數(shu)據。   

實(shi)驗(yan)譜(pu)圖解析(xi)

在標準(zhun)實驗(yan)中(zhong)，實驗(yan)人員(yuan)測(ce)量(liang)了電(dian)流密度(du)為(wei)10 mA cm^-2（E_j=10）時的(de)電(dian)位，以評估(gu)和比(bi)較(jiao)合成催(cui)化(hua)劑與(yu)基準(zhun)貴金(jin)屬催(cui)化(hua)劑的(de)析(xi)氧反(fan)應(ying)（OER）活(huo)性。

如(ru)圖(tu)a所示(shi)，NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO的OER活(huo)性最(zui)高，E_j=10 =1.492 V，並(bing)且(qie)在近紅(hong)外（NIR）光照(zhao)下(xia)，活(huo)性進壹(yi)步提(ti)升。

在圖c中(zhong)，對(dui)其穩(wen)定(ding)性進行了測(ce)試(shi)，在維持(chi)恒定(ding)電(dian)位10小時後，電(dian)流密度(du)僅降低(di)了12.7%，與商(shang)用RuO₂催(cui)化(hua)劑（降低(di)了23.7%）形成鮮明對(dui)比(bi)。同時(shi)，催(cui)化(hua)劑在光照(zhao)10小時後也(ye)表(biao)現出優異(yi)的光穩(wen)定(ding)性，電(dian)流密度(du)達到其初始值(zhi)的89.3%。

圖(tu)d、e為(wei)ORR性能(neng)，NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO同樣(yang)展現出了較(jiao)大的(de)半(ban)波電(dian)位（E_1/2=0.809V），接(jie)近商(shang)用Pt/C催(cui)化(hua)劑的(de)性能(neng)（E_1/2=0.834 V）。

同時(shi)，對(dui)其進行了穩(wen)定(ding)性測(ce)試(shi)，在10小時的(de)ORR過程(cheng)後光照(zhao)下(xia)NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO的(de)電(dian)流密度(du)僅比(bi)初始值(zhi)降低(di)了6.8%。與商(shang)用Pt/C催(cui)化(hua)劑（顯(xian)著降低(di)了27.5%）形成鮮明對(dui)比(bi)。

如(ru)圖(tu)g所示(shi)，計(ji)算(suan)得(de)出NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO轉(zhuan)移(yi)的(de)電(dian)子數(shu)約(yue)為(wei)4.0，這與(yu)通(tong)過(guo)旋轉(zhuan)環(huan)盤(pan)電(dian)極（RRDE）測(ce)量(liang)得出的(de)約(yue)3.98的值(zhi)非常接近(jin)。此外(wai)，值(zhi)得註(zhu)意(yi)的(de)是，H₂O₂的產(chan)率低(di)於1%（見圖(tu)g），這(zhe)可(ke)以歸(gui)因於NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO在氧還(hai)原(yuan)過程中(zhong)直接(jie)生(sheng)成了氫氧(yang)根(gen)離子(zi)。

真(zhen)金(jin)不(bu)怕火煉(lian)，好(hao)物(wu)經(jing)得(de)起(qi)檢驗(yan)！

DSR數(shu)字型(xing)旋轉(zhuan)圓盤(pan)圓環電(dian)極憑借(jie)出色的產(chan)品(pin)性能(neng)再壹(yi)次(ci)助(zhu)力(li)老(lao)師同學(xue)們取得科(ke)研(yan)佳(jia)績！