【論文鏈接】
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173146
【作者單位】
成都理工大學；中國科學院上海硅酸鹽研究所
【論文摘要】
高效的 二氧化碳電極需要優化的催化活性和精致的電極結構，然而，在構建高性能電極時，僅考慮單一因素往往是不夠的。在本研究中， 實驗在N摻雜碳布襯底上精心制備了獨立式Fe摻雜CoP催化劑(Fe-CoP@N-CC)，協同實現了催化劑的電子結構調諧和電極結構修飾。
實驗和理論計算表明，由N-CC骨架上完全覆蓋的納米線組成的電極結構促進了傳質和容納產物；在Fe-CoP@N-CC中引入N原子導致界面缺陷增加，Co-N-C鍵增強，界面電子轉移增強，Fe摻雜優化了Fe-CoP@N-CC的電子結構。這種協同增強促進了CO 2 還原反應(CO 2 RR)和CO2 析出反應(CO 2 ER)的動力學，導致沿溶液路徑形成大尺寸的球形形貌。Fe-CoP@N-CC電極在Li-CO2 電池中具有4127 mAh g -1 的高放電容量和446 h的循環穩定性，證明了其電催化性能的提高。
這些發現強調了電極結構與催化活性相容性在CO 2 電極設計中的重要意義。 ? ?
材料合成： 在開始材料制備之前，制備了直徑為16.0 mm的碳布(CC)；為了保證表面清潔，用丙酮溶液去除CC上的污染物，然后用去離子水和無水乙醇清洗。最后，CC在60°C 真空烘箱 中干燥約12 h。采用典型的磁控濺射法制備N摻雜CC (N-CC)：首先利用 渦輪分子泵 對磁控濺射系統主腔進行抽真空，確保腔內壓力為5 × 10 -4 ?Pa。然后在CC上磁控濺射15 min，氮氣流量為60 sccm，負偏壓為700 V。在此過程中，由于電場和磁場的相互作用，高能離子不斷沖擊CC，有效地將氮種引入碳纖維骨架表面；因此，成功地制備了N-CC。為在N-CC (Fe-CoP@N-CC)上制備獨立Fe摻雜的CoP，將3 mmol六水 硝酸鈷 (Co(NO 3 ) 2 ? 6H 2 O)、1 mmol硝酸鐵(Fe(NO 3 ) 3 ? 9H 2 O)、15 mmol尿素和8 mmol氟化銨(NH 4 F)在40 mL去離子水中混合成均勻溶液，連續攪拌。然后將兩片N-CC片放入內襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應釜中，并將溶液倒入；之后，高壓釜在120°C的真空烘箱中保溫6 h，從而制備出 氫氧化鐵。得到的氫氧化鐵和15 mmol次磷酸鈉(NaH 2 PO2 )分別裝載到瓷船的下游和上游。隨后，在320°C的Ar氣氛中進行2 h的退火處理，成功地獲得Fe-CoP@N-CC；同樣，用同樣的方法制備了NCC (CoP@N-CC)上的CoP，唯一的區別是去除了Fe(NO3 )3 ? 9H2 O；根據合成材料與原始N-CC的質量差，確定Fe-CoP和CoP催化劑的質量負荷約為1 mg。 綜上所述，Fe摻雜調制催化劑和N修飾襯底的協同作用是Li-CO 2 電池優異電化學性能的重要原因。 在倍率性能測試中，極化率較低，放電容量為4127 mAh g -1 ，穩定循環446 h；N-CC骨架上完全覆蓋的納米線為傳質和容納放電產物提供了高速途徑。此外，N和Fe摻雜優化了Fe-CoP@N-CC的電子態，增強了其界面相互作用，從而進一步提高了其電化學性能；綜合實驗和理論計算支持并證實了上述結果和討論。 本研究提出了一種通過實現結構和催化活性之間的相容性來設計CO 2 電極的成功方法，從而使高性能Li-CO 2 電池的開發成為可能。
原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/01/23/a64109c052/
