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開發(fā)活性高、循環(huán)性能好的氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)雙功能電催化劑是實現(xiàn)可充電金屬空氣電池可投入實際使用的關(guān)鍵。
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本文設(shè)計了一種兼具N和Ni金屬摻雜的3D納米多孔石墨烯。用CVD方法，在納米多孔鎳基底上生長石墨烯，并通過引入吡啶進(jìn)行N摻雜，850度生長5小時后用2M的稀鹽酸洗滌得到具有高Ni摻雜量的N，Ni共摻雜納米多孔石墨烯，這種石墨烯在堿性環(huán)境中對ORR和OER兼具良好的催化活性。作者指出N的引入可以顯著提高Ni的摻雜數(shù)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900843
雜原子摻雜碳催化劑因其在電催化二氧化碳還原反應(yīng)中的優(yōu)異性能而受到廣泛關(guān)注。但是雜原子摻雜碳材料的高催化活性的活性位點目前尚無明確的解釋。盡管所有基于碳材料的催化劑中都存在大量的缺陷，但是這種碳材料的固有缺陷對電催化還原二氧化碳的貢獻(xiàn)卻鮮有人關(guān)注。
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本文報道了碳基催化劑的電化學(xué)還原二氧化碳的性能與催化劑內(nèi)部碳缺陷含量之間存在正相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，富含缺陷的多孔碳催化劑即使不含雜原子摻雜也對電化學(xué)還原二氧化碳具有良好的催化性能。X射線近邊吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜和密度泛函理論計算表明，sp2缺陷(八元環(huán)和五元環(huán))而非邊緣缺陷是缺陷多孔碳催化劑具有良好電化學(xué)還原二氧化碳活性的關(guān)鍵。
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因此，這項工作對理解碳基催化劑對電催化二氧化碳還原活性的起源做出了重要貢獻(xiàn)，雜原子摻雜對催化劑活性的貢獻(xiàn)可能沒有預(yù)想的那么大。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201808276
近年來，隨著能源和環(huán)境問題的不斷增加，電催化已成為能源存儲與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的一個重要研究熱點。碳納米材料具有良好的導(dǎo)電性，活性和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛用作電催化劑或金屬催化劑載體。特別是作為金屬基催化劑的載體時，碳基材料不僅能有效地促進(jìn)金屬的分散，甚至?xí)呱鷨卧哟呋瘎?，而且對增強活性具有顯著的協(xié)同效應(yīng)。
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本文綜述了當(dāng)前最新的碳基材料作為H2/O2/CO2/N2等電催化過程的載體材料的研究進(jìn)展。通過實驗探索和理論計算相結(jié)合的方法，對電催化活性與金屬-基體相互作用的基本關(guān)系進(jìn)行了深入的研究，為電催化劑的設(shè)計提供了一些線索。最后，討論了碳負(fù)載型電催化劑未來發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和展望。
主要內(nèi)容：
1. 碳材料：自身具有催化活性的碳材料（缺陷和雜原子摻雜）；作為金屬催化劑的載體材料（金屬顆粒和單原子）
2.?g-C3N4：本身作為催化劑；作為金屬催化劑載體
3.?C2N：雜原子摻雜的C2N作為催化劑；作為催化劑載體
4. Boron Carbide (B4C)
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.201900050
鈉離子電池
碳材料作為鈉離子電池(SIBs)的負(fù)極材料引起了人們的廣泛關(guān)注。開發(fā)一種能夠在超高倍率下保持長循環(huán)穩(wěn)定性的碳基正極材料對于鈉離子電池作為能源器件能夠投入實際應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。
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制備了硫氮共摻雜的介孔中孔碳球，在2 0Ag?1下具有14 4 mAg?1的高倍率性能，在超高電流密度下具有良好的循環(huán)耐久性。有趣的是，在電流密度為20 Ag?1的7 000次循環(huán)中，電極的容量逐漸增加到180 mAhg?1。通過電化學(xué)測試、非原位透射電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜、新鮮電極和循環(huán)電極的拉曼分析，研究了電池優(yōu)越的電化學(xué)性能和容量提高的機理。
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這種材料獨特而強韌的結(jié)構(gòu)可以增強電子和鈉離子的傳輸動力學(xué)，并在高速率下保持快速的鈉儲存過程中的電容化過程。在連續(xù)放電和充電的作用下，碳結(jié)構(gòu)的自重排導(dǎo)致了循環(huán)容量的提高。這些結(jié)果為鈉離子陽極材料的設(shè)計開辟了一條新的途徑。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900036
超級電容器
碳質(zhì)材料具有導(dǎo)電性高、比表面積大、成本低等優(yōu)點，是極具吸引力的超級電容器電極材料。
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本文介紹了一種具有分級多孔結(jié)構(gòu)且具有N，O，S均勻摻雜的碳泡沫用作超電材料。使用了軟模板法、冷凍干燥技術(shù)和化學(xué)刻蝕。得到的碳泡沫是大孔結(jié)構(gòu)，包含介孔的孔道，且孔道壁上富含微孔。比表面積高達(dá)2685m2/g。在1Ag?1條件下能達(dá)到402.5 Fg?1的優(yōu)異電容，在100Ag?1中能達(dá)到308.5 Fg?1的優(yōu)異速率容量。在相位角為-45°(18.5 Hz)時，KNOSC呈現(xiàn)出Bode頻率，僅相當(dāng)于0.054 s的時間常數(shù)。使用KNOSC作為電極的對稱超級電容器裝置可在1.52s內(nèi)充電/放電，在功率密度為36kW kg?1的條件下提供15.2Wh kg?1的比能量密度。這些結(jié)果表明，擁有孔結(jié)構(gòu)和雜原子的材料是一種很有前途的超快電容器的電極材料。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803665
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