In een rapport gepubliceerd in nano , een team van onderzoekers van de Sichuan University of Science and Engineering, China heeft N-gedoteerde koolstof-ingekapselde overgangsmetaalkatalysatoren ontwikkeld voor zuurstofreductiereacties (ORR) en zuurstofevolutiereacties (OER) om de prestaties van zink-luchtbatterijen te optimaliseren.

Een driedimensionale poreuze grafeenachtige koolstoflaag ingekapseld Fe/Fe ₃ C (Fe@NCG) werd bereid door pyrolyse van het mengsel van Fechitosanchelaat samengesteld zonder oplosmiddel en ureum met een kleine moleculaire stikstofbron. Het ruimtebeperkende effect van het chelaat onderdrukte de agglomeratie van Fe ³⁺ ionen, en de kleine moleculaire stikstofbron bevorderde de regulering van de N-configuratie. De zink-luchtbatterij geassembleerd met Fe@NCG-katalysator vertoont goede prestaties.

De katalysator Fe@NCG vertoont opmerkelijke ORR/OER bifunctionele katalytische activiteit met een halve golfpotentiaal van 0,86 V voor ORR en een matig potentiaalverschil van 0,85 V in alkalisch medium. "De zink-luchtbatterij geassembleerd met Fe@NCG als positieve en negatieve katalysator vertoonde een goed ontladingsplatform, hoge piekvermogensdichtheid, hoge energiedichtheid, en hoge cyclusstabiliteit." zegt Lei Ying, doctoraat, de corresponderende auteur van het artikel.

Het bijzondere van de studie is dat de Fe@NCG werd bereid door het pyrolyseren van oplosmiddelvrij gevormde fechitosanchelaten en extra kleinmoleculige stikstofbronureum. De in-situ stikstofdoping en etsing van zelf-stikstof-gedoteerde verkoolde chitosan door CN-gas geproduceerd door g-C ₃ N ₄ ontleding (zoals C ₂ N ₂ ⁺ , C ₃ N ₂ ⁺ , C ₃ N ₃ ⁺ ) is nuttig voor de regulering van de elektronische structuur en de vorming van poriestructuur in het koolstofskelet.

Bovendien, de uniforme verdeling van Fe kan worden toegeschreven aan het chelerende ruimtebeperkende effect op moleculair niveau van de voorloper van de Fe-chitosanchelaatverbinding, waarbij chitosan moleculair diende als een 'omheining' om overmatige aggregatie van Fe . effectief te verminderen ³⁺ ionen. De groep testte vervolgens de elektrokatalytische prestaties van het product.

Het werk van dit team van onderzoekers van de Sichuan University of Science &Engineering heeft geleid tot de opwindende ontwikkeling van elektrokatalytische materialen. Dit werk suggereert dat een eenvoudige en universele strategie ook kan worden uitgebreid tot de synthese van andere overgangsmetaalelektrokatalysatoren bekleed met koolstof.

Een van de meest fascinerende grenzen in dit onderzoeksgebied is misschien wel de combinatie van chelerende strategie voor ruimtebeperking en regulering van de N-configuratie. Inzicht in deze processen zal de prestaties van materialen en apparatuur verbeteren, die het leven van ons allemaal zal verbeteren. Recenter, de groep heeft gewerkt aan multifunctionele conversies van elektrokatalytische materialen en assemblage van apparaten.