【論文鏈接】
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173146
【作者單位】
成都理工大學(xué)；中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
【論文摘要】
高效的 二氧化碳電極需要優(yōu)化的催化活性和精致的電極結(jié)構(gòu)，然而，在構(gòu)建高性能電極時，僅考慮單一因素往往是不夠的。在本研究中， 實驗在N摻雜碳布襯底上精心制備了獨(dú)立式Fe摻雜CoP催化劑(Fe-CoP@N-CC)，協(xié)同實現(xiàn)了催化劑的電子結(jié)構(gòu)調(diào)諧和電極結(jié)構(gòu)修飾。
實驗和理論計算表明，由N-CC骨架上完全覆蓋的納米線組成的電極結(jié)構(gòu)促進(jìn)了傳質(zhì)和容納產(chǎn)物；在Fe-CoP@N-CC中引入N原子導(dǎo)致界面缺陷增加，Co-N-C鍵增強(qiáng)，界面電子轉(zhuǎn)移增強(qiáng)，F(xiàn)e摻雜優(yōu)化了Fe-CoP@N-CC的電子結(jié)構(gòu)。這種協(xié)同增強(qiáng)促進(jìn)了CO 2 還原反應(yīng)(CO 2 RR)和CO2 析出反應(yīng)(CO 2 ER)的動力學(xué)，導(dǎo)致沿溶液路徑形成大尺寸的球形形貌。Fe-CoP@N-CC電極在Li-CO2 電池中具有4127 mAh g -1 的高放電容量和446 h的循環(huán)穩(wěn)定性，證明了其電催化性能的提高。
這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了電極結(jié)構(gòu)與催化活性相容性在CO 2 電極設(shè)計中的重要意義。 ? ?
材料合成： 在開始材料制備之前，制備了直徑為16.0 mm的碳布(CC)；為了保證表面清潔，用丙酮溶液去除CC上的污染物，然后用去離子水和無水乙醇清洗。最后，CC在60°C 真空烘箱 中干燥約12 h。采用典型的磁控濺射法制備N摻雜CC (N-CC)：首先利用 渦輪分子泵 對磁控濺射系統(tǒng)主腔進(jìn)行抽真空，確保腔內(nèi)壓力為5 × 10 -4 ?Pa。然后在CC上磁控濺射15 min，氮?dú)饬髁繛?0 sccm，負(fù)偏壓為700 V。在此過程中，由于電場和磁場的相互作用，高能離子不斷沖擊CC，有效地將氮種引入碳纖維骨架表面；因此，成功地制備了N-CC。為在N-CC (Fe-CoP@N-CC)上制備獨(dú)立Fe摻雜的CoP，將3 mmol六水 硝酸鈷 (Co(NO 3 ) 2 ? 6H 2 O)、1 mmol硝酸鐵(Fe(NO 3 ) 3 ? 9H 2 O)、15 mmol尿素和8 mmol氟化銨(NH 4 F)在40 mL去離子水中混合成均勻溶液，連續(xù)攪拌。然后將兩片N-CC片放入內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，并將溶液倒入；之后，高壓釜在120°C的真空烘箱中保溫6 h，從而制備出 氫氧化鐵。得到的氫氧化鐵和15 mmol次磷酸鈉(NaH 2 PO2 )分別裝載到瓷船的下游和上游。隨后，在320°C的Ar氣氛中進(jìn)行2 h的退火處理，成功地獲得Fe-CoP@N-CC；同樣，用同樣的方法制備了NCC (CoP@N-CC)上的CoP，唯一的區(qū)別是去除了Fe(NO3 )3 ? 9H2 O；根據(jù)合成材料與原始N-CC的質(zhì)量差，確定Fe-CoP和CoP催化劑的質(zhì)量負(fù)荷約為1 mg。 綜上所述，F(xiàn)e摻雜調(diào)制催化劑和N修飾襯底的協(xié)同作用是Li-CO 2 電池優(yōu)異電化學(xué)性能的重要原因。 在倍率性能測試中，極化率較低，放電容量為4127 mAh g -1 ，穩(wěn)定循環(huán)446 h；N-CC骨架上完全覆蓋的納米線為傳質(zhì)和容納放電產(chǎn)物提供了高速途徑。此外，N和Fe摻雜優(yōu)化了Fe-CoP@N-CC的電子態(tài)，增強(qiáng)了其界面相互作用，從而進(jìn)一步提高了其電化學(xué)性能；綜合實驗和理論計算支持并證實了上述結(jié)果和討論。 本研究提出了一種通過實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和催化活性之間的相容性來設(shè)計CO 2 電極的成功方法，從而使高性能Li-CO 2 電池的開發(fā)成為可能。
原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/01/23/a64109c052/
-透明背底.png)
