Co3O4表麵金屬活性位點的調控設計及其增強電催化性能

據MaterialsViews編輯部 報道：發展高活性

、低成本的非貴金屬氧還原/氧析出催化劑是提升燃料電池以及金屬空氣電池電性能及其規模化應用的關鍵。在眾多被研究的替代材料中，過渡族金屬氧化物（如Co3O4）由於價格低廉、資源豐富和潛在的氧催化性能而備受人們親睞。然而，Co3O4本身電子電導差的缺陷使其活性還未被完全開發，氧還原活性明顯低於貴金屬Pt；另外，目前尚缺乏可控合成Co3O4納米結構，特別是控製表麵暴露晶麵的簡便快速合成策略

；這zhe給gei探tan究jiu微wei觀guan晶jing麵mian取qu向xiang與yu其qi宏hong觀guan電dian催cui化hua性xing能neng間jian的de構gou效xiao關guan係xi，進jin而er明ming晰xi過guo渡du族zu金jin屬shu催cui化hua劑ji表biao界jie麵mian活huo性xing位wei點dian並bing進jin一yi步bu提ti升sheng性xing能neng以yi媲pi美mei貴gui金jin屬shu帶dai來lai了le很hen大da的de挑tiao戰zhan。

最近，天津大學鄧意達、胡文彬教授團隊提出了一種簡便、快速可控合成氮摻雜石墨烯負載不同晶麵包裹Co3O4納米結構的新方法，通過調控優化Co3O4表麵Co2+和Co3+活性位點的比例及對氧的吸脫附行為，獲得了優異的雙功能催化活性和鋅-空電池性能
，並對催化機理進行了深入的分析。該團隊提出氨分子與鈷離子的相對摩爾比是影響Co3O4形核
、沿不同晶麵擇優生長的關鍵參數，隨著氨水添加量不斷增加
，在氮摻雜石墨烯基底上分別獲得了{001}，{001}+{111}及{112}晶麵構築的Co3O4立方體、截角八麵體及多麵體納米框架。實驗結果和密度泛函理論分別闡述了Co3O4表麵八麵體間隙的Co3+活性位以及Co3O4與(yu)氮(dan)摻(chan)雜(za)石(shi)墨(mo)烯(xi)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)子(zi)耦(ou)合(he)協(xie)同(tong)能(neng)夠(gou)優(you)化(hua)含(han)氧(yang)物(wu)種(zhong)在(zai)材(cai)料(liao)表(biao)麵(mian)的(de)吸(xi)脫(tuo)附(fu)和(he)活(huo)化(hua)行(xing)為(wei)
，是(shi)材(cai)料(liao)展(zhan)現(xian)高(gao)效(xiao)電(dian)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)的(de)內(nei)在(zai)原(yuan)因(yin)。該(gai)成(cheng)果(guo)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)在(zai)原(yuan)子(zi)尺(chi)度(du)調(tiao)控(kong)表(biao)麵(mian)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)點(dian)位(wei)進(jin)而(er)優(you)化(hua)納(na)米(mi)催(cui)化(hua)劑(ji)活(huo)性(xing)的(de)新(xin)思(si)路(lu)。

相關文章發表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201702222)上
，文章第一作者為天津大學材料學院教師韓曉鵬博士。