金属有机骨架衍生的多活性位点多孔碳氧还原催化剂的制备及其在锌空气电池中的应用

吴小虎，陈明君，徐俊文，刘 昱

(华东交通大学 材料科学与工程学院，南昌 330013)

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化石能源的大量使用导致温室效应，引发了严重的环境问题[1]，且储量日益减少，导致未来难以满足人类能源的需求。风能、太阳能等因其绿色环保、储量丰富，具有广阔的发展前景，但其能量输出不稳定，使用条件要求苛刻[2]。故此，为了使此类能源可以持续、稳定地输出，利用化学电池作为能源转化和存储装置必不可少[3]。

锂电池是使用最为广泛的化学能源转换储存装置[4]，但其安全性差，能源密度低(200～250 Wh kg-1)，严重限制了其发展和应用。锌空气电池以锌金属为电极阳极，以空气电极为阴极，通过锌金属的氧化反应产生电流[5]，具有高理论能量密度(1 084 Wh kg-1)，价格低廉，取材丰富，其电池运行机制与燃料电池相似，具有较高的能量转化效率，但其发生在电极上的氧气还原反应的低反应速度严重限制了其性能。基于此，开发一种高效的氧气还原反应电催化剂成为提高锌空气电极性能的重要途径。Pt及Pt合金催化剂是一种良好的电催化剂，但是价格昂贵，具有稀缺性和易被毒化性，限制了其发展和广泛使用。寻找价格低廉、高效稳定的非贵金属电催化剂成为研究热点[6-7]。

导报导，石墨烯封装碳化铁纳米粒子具有较高的氧气还原反应的催化效率，在其位点中，外层石墨烯材料具有保护内部氮化铁纳米粒子在极端条件下不被腐蚀和氧化的作用，其内部碳化铁材料虽然直接与电极材料接触，但是其与外层石墨烯的协同效应使其能够有效活化外层石墨烯，提高外层石墨烯对氧还原(ORR)反应催化效率[8]。……