大阳城官网在基于电子态调控氧反应催化剂性能研究领域取得新进展

近日，大阳城官网化学工程学院辽宁省“能源材料与电化学”重点实验室安百钢教授团队的研究成果 “Modest modulation on the electronic structure of Co9S8 by vanadium doping for high-performance rechargeable Zn–Air batteries”在《Applied Catalysis B：Environmental》在线发表。论文第一作者为2022级博士研究生吴琳，导师安百钢教授为通讯作者，张涵博士和李莉香教授为共同通讯作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金项目、兴辽英才计划项目以及辽宁省能源材料与电化学重点实验室的支持。

氧反应是质子膜燃料电池、金属-空气电池和水电解中的动力学控制步骤，而高性能氧反应催化剂则成为发展上述系统的关键技术之一。金属-空气电池需要催化剂具有氧还原（ORR）和氧析出（OER）双重功能，而如何实现这种双功能的优化和平衡更具有挑战性。近期，安百钢教授团队通过一种创新双溶剂方法制备钒掺杂的V-Co9S8催化剂。该方法可以实现在Co9S8纳米粒子晶格中原子水平的钒掺杂，从而调控催化剂电子构型（图1）。研究发现，适量的钒掺杂水平，即对催化剂电子结构的温和调控能够优化Co的自旋态，平衡反应过程中氧中间体的吸附/解吸，从而加速氧反应动力学（图2）。实验研究证实，使用V-Co9S8作为空气阴极催化剂组装的锌-空气电池可提供超高功率密度（345 mW cm-2）、能量密度（814 mAh g Zn-1）和在5 mA cm-2下循环840次的非凡稳定性（图3）。（供稿单位：化工学院 图片来源：化工学院） 

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122250

图 1. 双溶剂法制备V-Co9S8催化剂微观形貌、结构和元素分布图

图2. 催化剂紫外光电子能谱、电子顺磁共振谱、有效磁矩、相对活性、吸附中间体模型和基于两种模型的反应自由能图。

图3. 锌-空气电池电化学性能图