原創 編輯部 NanoResearch 2020.07.20
內容簡介
隨著全球鋰離子電池電動車的快速發展，鋰離子電池材料（如磷酸鐵鋰正極材料等）的高效回收利用已成為一個熱門話題。鑒于雜原子（N、P等）摻雜鐵碳材料(Fe-N(P)-C)具有優異的氧還原反應（ORR）電催化性能，而且磷酸鐵鋰本身又具有豐富的鐵和磷元素，可作為理想的鐵源和磷源，在本工作中，武漢理工大學木士春教授和何大平教授首次將磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）作為前驅體制備高性能的ORR催化劑。首先，將磷酸鐵鋰與具有豐富碳、氮源的金屬有機框架（ZIF-8）進行簡單混合和研磨，然后，在高溫處理下進行原子間重組，即可獲得富含Fe2P和Fe-Nx活性位點的類珊瑚狀碳納米管陣列材料（C-ZIF/LFP）。將該材料用于ORR電催化時發現，在堿性電解質中，其半波電位高達0.88 V，超過商業鉑碳催化劑（0.85 V）的水平；在酸性電解質中，其半波電位為0.74 V，與鉑碳催化劑較為接近（0.8 V）；當作為鋅空電池的陰極催化劑時，電池峰值功率密度高達140 mW/cm2，超過鉑碳催化劑（110 mW/cm2）的水平。此項工作不僅證明了將LiFePO4作為制備催化劑的前驅體材料是可行的，也為LiFePO4甚至其他鋰電池正極材料的高價值回收利用開辟了新的研究方向。
課題組簡介
木士春教授，武漢理工大學學科首席教授，佛山實驗室燃料電池材料研究室副主任，入選教育部“新世紀優秀人才計劃”及國際電化學能源科學院（IAOEES）理事。何大平教授，英國皇家學會牛頓學者，任湖北省射頻微波應用工程技術研究中心方向負責人，交叉創新實驗室主任。本課題組致力于電化學能量轉換與儲存材料、器件及裝置的研究和開發，重點研究質子交換膜燃電池關鍵材料（低Pt和非Pt氧還原反應（ORR）催化劑）和核心器件（膜電極MEA/CCM）、鋰離子電池電極材料、析氫反應（HER）催化劑、析氧反應（OER）催化劑及功能化石墨烯材料的制備及應用等。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等國內外期刊上發表220余篇SCI學術論文，申請國家發明專利近100件，其中授權70余件。
課題組網站：http://www.dpstg.com/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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