北京最有名的治疗白癜风医院 http://baidianfeng.39.net/a_ht/160523/4858044.html第一作者：闫建华
通讯作者：闫建华，丁彬
通讯单位：东华大学
论文DOI:10./adma.
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设计用于氧还原和放出反应（ORR/OER）的稳定高效的低成本电催化剂是一项挑战。在此，报道了一种通过简单地施加适度（mT）的磁场来直接增强氧催化活性的磁性催化纳米笼的碳基双功能催化剂。该催化剂通过将金属钴纳米点（约10nm）原位掺杂到大孔碳纳米纤维中并采用静电纺织方法制成材料，使其具有了90％的高孔隙率和Sm-1的电导率。外部磁场使钴磁化形成具有高自旋极化的纳米磁体，从而促进了氧中间体的吸附和电子转移，从而大大提高了催化效率。令人印象深刻的是，对于ORR，半波电位增加了20mV，对于OER，在10mAcm-2处的过电位减少了15mV。与商用Pt/C+IrO2催化剂相比，磁性催化的Zn-空气电池可提供高达2.5倍的容量，并在小时内具有更长的耐久性。研究结果指出了使用电磁感应方法来提高氧气催化活性的非常有前途。
图文解析
首先通过将PTFE和乙酸钴依次添加到PVA和BA的溶液中来制备均质溶胶。由于硼酸二醇键的形成，PVA在BA溶液中容易水解。将PTFE乳液添加到PVA-BA溶液中后，PTFE与PVA迅速交联形成稳定的溶胶。最后，乙酸钴的添加使稳定的溶胶在纳米级具有足够的相互作用，形成了PTFE·Co2+·PVA的复杂网络，从而确保了钴在系统中的均匀分布。前体溶胶在静电纺丝中迅速拉伸并形成柔韧且有弹性的凝胶态纳米纤维（NF）膜。在N2中热解过程中，PTFENP蒸发，电纺丝NFs转化为B-F-N掺杂的PCNFs，它们具有相互连接的大-介-微孔。同时，由于空间位阻和B，F和N的负电性杂原子的吸引，乙酸钴被直接还原为被封闭在PCNFs中的Co-纳米。值得注意的是，Co的纳米点增强了MCN的柔韧性和导电性。
当施加磁场时，MCN笼状结构提供两种不同的功能（图b）。一方面，钴纳米粒子被磁化成纳米磁体，并在大孔周围产生各向同性的磁畴，其中洛伦兹作用促进了电解质和O2气泡的扩散，从而增加了O2中间体的吸附。另一方面，外部磁场可以促进位于最外层轨道的电子的自旋极化，并且还可以优化电子的排列，从而在催化反应中发挥更好的作用。在本工作，大孔结构会产生磁屏蔽效果，以限制各向同性的磁畴并形成涡旋，从而加速Co从可能的低自旋态到高自旋态的电子跃迁，并在该处产生更多不成对的电子3d轨道（图c）。同时，Co纳米原子的自旋磁矩也增加了，这降低了电子转移的活化能垒，从而通过在氧气释放过程中提供了更有效的四电子转移过程，来增强氧气的催化活性和还原反应。
基于MCN催化剂在磁场下的良好的OER和ORR双功能效应，制备了可再充电的ZAB以进一步验证磁性的有效性。将高纯度的Zn片用作阳极，将涂覆有MCN催化剂的疏水性碳纸用作阴极，并使用6m的KOH作为电解质。如图a所示，将测试的电池放在两个磁体之间。极化和功率密度曲线如图b所示，可以发现MCN的ZAB具有.3mWcm-2的高功率密度，相对于Pt/C+IrO2的ZAB的2.5倍。此外，从充电和放电曲线（图c）来看，MCN的ZAB具有.5mAhg-1的高放电容量，这是基于Pt/C+IrO2的ZAB的1.2倍。此外，在不同电流密度下的充放电曲线（图g）也证明了MCN催化剂在高电流密度下具有出色的稳定性。随着电流密度的增加，基于MCN的ZAB和基于Pt/C+IrO2的ZAB的充放电电压间隔之间的差异变小。我们推测磁场可以加快质量传递并促进电子传递过程。此外，金属钴纳米氧化物改善了MCN的导电性，从而增加了极限电流，这也是在高电流下获得出色电池性能的重要因素。
总结与展望
总而言之，通过设计一种经济高效的MCN双功能催化剂，提出了一种直接的磁增强策略。只需在电极上施加适度的磁场（mT），即可观察到ORR和OER的氧催化活性显着增强，即ORR的半波电势增加了20mV，10mAcm-2时的过电势对于OER，?2降低15mV。该策略使新型催化剂的性能比市售Pt/C+IrO2催化剂好得多，并且Zn-air电池的容量是2.5倍，电压间隙为0.82V，并具有更好的可充电性，并且在小时内具有较长的耐久性。具有优异的ORR和OER性能的新型催化剂的成功合成为探索磁性催化提供了新的研究方向。我们的发现指出了在OER和ORR中针对可充填ZAB实施磁增强的有效且简便的方法。这种磁性增强也为其在碱性电解槽技术中的实施提供了可能性。
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