物理与材料工程学院教师在国际学术期刊发表论文

近日，物理与材料工程学院新能源材料与器件专业赵娟娟老师联合安徽大学吴明在课题组在国际学术期刊《Nanoscale》上发表题为“Synchronous coupling of defects and a heteroatomdoped carbon constraint layer on cobalt sulfides toward boosted oxide electrolysis activities for highly energy-efficient micro-zinc–air batteries”（缺陷工程协同叠层碳骨架结构工程提高双功能电催化活性）的研究工作，相关研究将提升催化剂的双功能电催化活性，为设计高活性、长循环稳定性的锌空气电池提供指导。

锌空气电池采用安全的水系电解质，具有能量密度高、安全性好的优点，然而其正极缓慢的反应动力学制约了锌空气电池的能效和循环寿命。为了解决以上问题，研究团队采取缺陷工程协同叠层多孔碳骨架结构工程提高锌空气电池正极催化剂的双功能电催化活性，从而提高锌空气电池的能效和循环寿命。文章采用叠层的大孔钴基MOF作为前驱体，在富硫气氛中高温热解，直接得到叠层多孔碳骨架负载富缺陷的Co_1-xS纳米颗粒复合物（Co_1-xS@N/S-C）。

图一 叠层多孔碳骨架负载富缺陷的Co_1-xS纳米颗粒复合物（Co_1-xS@N/S-C）制备示意图

实验联合计算结果表明，得益于钴空位和叠层的多孔碳骨架的协同作用，所制备的叠层多孔碳骨架负载富缺陷的Co_1-xS纳米颗粒复合物（Co_1-xS@N/S-C）具有优异双功能电催化活性（ΔE=0.76 V），其比无钴空位的对比样（CoS@N/S-C）和无叠层多孔碳骨架的纯CoS样品的双功能电催化活性均优异，且采用Co_1-xS@N/S-C所制备的锌空气电池具有优异的循环稳定性(510次循环/170小时）和高比容量（807 mAh g^-1）。该研究为制备高活性的双功能电催化剂，从而实现高能效、长循环寿命的锌空气的制备提供了一种选择，为锌空气电池进入大批量实际使用奠定了基础。

图二Co_1-xS@N/S-C及其对比样双功能电催化活性测试结果展示图

物理与材料工程学院新能源材料与器件系赵娟娟老师为该论文的第一作者，该研究的相关及后续研究工作得到了国家自然科学基金青年项目的支持。

论文链接：Nanoscale, 2023, 15, 5927–5937或DOI: 10.1039/d3nr00082f。（物理与材料工程学院）