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氮磷共掺杂超薄碳纳米片作为锌-空气电池的优良阴极催化剂( Nitrogen and phosphorus co-doped ultrathin carbon nanosheets as superior cathode catalysts for Zn–air batteries )
A Chen Q Yi K Sheng Y Wang J Chen K Xiang H Nie X Zhou
探索用于氧还原反应(ORR)的高效无金属电催化剂在各种储能技术和可再生能源转化中具有重要意义。本工作首次以淀粉、双氰胺和三苯基膦为碳、氮和磷源,通过高温热解合成了氮(N)和磷(P)共掺杂的超薄纳米片（CNP-ns）。根据CNP-ns催化剂的最佳N/P比,进一步采用NaCl硬模板法制备了NP100-NS-NaCl介孔共掺杂纳米片(CNP100-ns-NaCl）,其厚度为1.29nm。在所制备的催化剂中,CNP100-ns-NaCl催化剂表现出优异的ORR电催化性能,其ORR起始电位为1.01V(vs.RHE),半波电位为0.95V(vs.RHE),极限扩散电流为7.45mA cm2,在碱性介质中具有优异的抗甲醇性能,总体性能优于Pt/C催化剂。以CNP100-ns-NaCl为阴极电催化剂的自组装锌空气电池表现出优异的放电性能和优越的耐久性能。CNP100-ns-NaCl电池提供1.52 V的开路电压和302 mW cm2的最大功率密度。此外,CNP100-ns-NaCl电池在不同电流密度下的恒流放电曲线显示出比Pt/C电池更高的电压平台和稳定性,并具有801 mA h GZn1的高比容量。结果表明，该催化剂在碱性锌空气电池中具有潜在的应用前景。
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