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相對于理論能量密度較低的鋰離子電池(LIB)，具有大的理論比容量的金屬空氣電池(MAB)越來越受到人們的關注。然而，析氧和氧還原反應(OER/ORR)的內在緩慢動力學嚴重限制了MAB的整體能源效率和進一步的商業(yè)化，開發(fā)廉價、穩(wěn)定、高效的雙功能氧催化劑以促進MAB的實際應用具有重要意義。

近日，中國礦業(yè)大學(北京)吳苗苗、劉瑞平和溫州大學陳亦皇等通過在富含氮缺陷的gC₃N₄(ND-CN)基底上原位沉積ZIF-67前驅體，然后進行石墨化和氧化，合成了Co₃O₄@ND-CN雙功能氧電催化劑。

吳苗苗/劉瑞平/陳亦皇Small: 缺陷工程化的Co3O4@ND-CN用于高效電催化ORR/OER

具體而言，基于Co₃O₄@ND-CN的可充電鋅-空氣電池顯示出≈60%的卓越往返效率和長期耐用性(超過340次循環(huán))，超過了目前報道的最先進的貴金屬電池。此外，使用Co₃O₄@ND-CN作為電極的鋰氧電池表現(xiàn)出優(yōu)異的最大放電/充電容量(9838.8/9657.6 mAh g^-1)、低的放電/充電過電位(1.14 V/0.18 V)和出色的循環(huán)穩(wěn)定。

實驗和密度泛函理論計算表明，Co₃O₄@ND-CN的優(yōu)異的電化學性能源于催化劑的成分(即缺陷工程)和結構(即具有豐富孔隙率的褶皺形態(tài))的精心設計以及Co₃O₄和ND-CN之間明確的協(xié)同作用(在催化劑上產生了有利的表面電子環(huán)境)。更重要的是，通過擴展，可以合理設計和制造具有可調節(jié)缺陷、結構和增強活性的豐富多樣的其他金屬氧化物@ND-CN，用于催化性能的科學研究和可再生能源轉換和存儲系統(tǒng)的技術開發(fā)。

Defect-Engineered Co₃O₄@Nitrogen-Deficient Graphitic Carbon Nitride as an Efficient Bifunctional Electrocatalyst for High-Performance Metal-Air Batteries. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202194

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