彭新文教授课题组：木炭基单原子催化剂用于可充电锌-空气电池

jinlierwei

低成本、高效的氧还原反应/析氧反应（ORR/OER）双功能电催化剂对于可充电锌−空气电池的应用至关重要。考虑到单原子催化剂（SACs）的高催化活性，大规模制备SACs用于ZABS是可取的，但仍具有挑战性。

       近日，华南理工大学彭新文教授，斯坦福大学Khalil Amine，阿贡国家实验室陆俊教授报道了提出了一种新的、有效的二合一制备板状SACs的策略。
        1）Lewis酸被广泛应用于制浆工业的早期预处理，将木材水解成5-羟甲基糠醛和其他产品。在本工作中，FeCl3能够同时部分水解木材中的纤维素和半纤维素，不仅留下了丰富的纳米孔，而且在微通道中嵌入了大量的Fe3+离子。碳化后的非掺杂炭化木质炭进一步还原和稳定了配位的Fe3+。
        2）将所制备的Fe−N−C单原子催化剂负载在木质多孔炭（SAC-FEN-WPC），不使用粘结剂和碳布，直接用作ZABs的自支撑电极材料。由于具有层次化的多孔结构和单原子均匀分散在木质碳基体上，SAC-FEN-WPC具有较高的ORR/OER反应性，其ORR半波电位为0.85 V（与可逆氢电极相比）和过电位ΔE（EOER−EORR）为0.78 V。而以SAC-FEN-WPC为阴极构建的ZAB具有较高的功率密度（70.2 mW cm−2，准固态）和长期稳定性。
这种方法成功地将单原子Fe−N−C催化剂引入到资源丰富的木材上，为低成本、大规模制备SACs提供了一种很有前途的策略。
       参考文献
       Linxin Zhong, et al, Wood Carbon Based Single-Atom Catalyst for Rechargeable Zn−Air Batteries, ACS Energy Lett.2021
       DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01678
       https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01678


       文章来源：华南理工大学
       彭新文，女，教授、博士生导师。国家“万人计划”科技创新青年拔尖人才（2019），中国新锐科技人物（2020），广东省杰出青年基金获得者（2016）、“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才（2015）、教育部学术新人奖获得者（2012）、广州市“珠江科技新星”获得者（2014） 。在生物质高值化利用与新能源材料与器件等方面取得了多项创新性成果。主持完成国家自然科学基金、省部级科研项目20余项，获教育部自然科学奖二等奖3项；申请国家发明专利40余件，其中授权中国发明专利15件。近年来在国际顶级学术期刊“Nature com., Adv. Mater., Adv. Fun. Mater., ACS Nano., Nano Energy., Energy Storage Mater.,”等发表SCI论文120余篇；参与编写英文专著4部。在重要的国际国内学术会议做邀请报告50余次，兼任国家自然科学基金、国家人才项目、中国颗粒学会青年理事、广东省自然科学基金等评审专家、广州市科协促进会特聘专家、广东省生物质热解工程技术研究中心学术委员会委员、几个中英文期刊客座编辑 。