原创 编辑部 NanoResearch 2020.07.20
内容简介
随着全球锂离子电池电动车的快速发展，锂离子电池材料（如磷酸铁锂正极材料等）的高效回收利用已成为一个热门话题。鉴于杂原子（N、P等）掺杂铁碳材料(Fe-N(P)-C)具有优异的氧还原反应（ORR）电催化性能，而且磷酸铁锂本身又具有丰富的铁和磷元素，可作为理想的铁源和磷源，在本工作中，武汉理工大学木士春教授和何大平教授首次将磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）作为前驱体制备高性能的ORR催化剂。首先，将磷酸铁锂与具有丰富碳、氮源的金属有机框架（ZIF-8）进行简单混合和研磨，然后，在高温处理下进行原子间重组，即可获得富含Fe2P和Fe-Nx活性位点的类珊瑚状碳纳米管阵列材料（C-ZIF/LFP）。将该材料用于ORR电催化时发现，在碱性电解质中，其半波电位高达0.88 V，超过商业铂碳催化剂（0.85 V）的水平；在酸性电解质中，其半波电位为0.74 V，与铂碳催化剂较为接近（0.8 V）；当作为锌空电池的阴极催化剂时，电池峰值功率密度高达140 mW/cm2，超过铂碳催化剂（110 mW/cm2）的水平。此项工作不仅证明了将LiFePO4作为制备催化剂的前驱体材料是可行的，也为LiFePO4甚至其他锂电池正极材料的高价值回收利用开辟了新的研究方向。
课题组简介
木士春教授，武汉理工大学学科首席教授，佛山实验室燃料电池材料研究室副主任，入选教育部“新世纪优秀人才计划”及国际电化学能源科学院（IAOEES）理事。何大平教授，英国皇家学会牛顿学者，任湖北省射频微波应用工程技术研究中心方向负责人，交叉创新实验室主任。本课题组致力于电化学能量转换与储存材料、器件及装置的研究和开发，重点研究质子交换膜燃电池关键材料（低Pt和非Pt氧还原反应（ORR）催化剂）和核心器件（膜电极MEA/CCM）、锂离子电池电极材料、析氢反应（HER）催化剂、析氧反应（OER）催化剂及功能化石墨烯材料的制备及应用等。目前，已在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci.，ACS Nano，ACS Catal, ACS Energy Lett., Nano Energy等国内外期刊上发表220余篇SCI学术论文，申请国家发明专利近100件，其中授权70余件。
课题组网站：http://www.polymer.cn/ss/shichunmu/index.html
文章信息
Huihui Jin, Huang Zhou, Pengxia Ji, Chengtian Zhang, Jiahuan Luo, Weihao Zeng, Chenxi Hu, Daping He*, and Shichun Mu*. ZIF-8/LiFePO4 Derived Fe-N-P Co-doped Carbon Nanotube Encapsulated Fe2P Nanoparticles for Efficient Oxygen Reduction and Zn-Air Batteries. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-020-2702-3.
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