Nedávno výzkumná skupina profesora Zhang Rufana na univerzitě Tsinghua vyvinula obousměrnou regulační strategii. Současním zavedením prvku Gallium (GA) a aktivního místa manganu (MN) do oxidu ruthenia (RUO2) byl GA použit k optimalizaci valenční struktury duálních aktivních míst Ru a Mn na atomové úrovni a prolomil omezení mezi aktivita a stabilita duálních míst a významná zlepšení reakce redukce kyslíku (ORR) a vývojovou reakcí kyslíku (OER) a OER) a Výkon baterie zinkového vzduchu.
Stále složitější lidské činnosti a environmentální problémy naléhavě vyžadují rozvoj technologií bezpečného a efektivního skladování a konverze energie. Vodné dobíjecí baterie zinku-vzduch (AR-ZABS) se staly slibnou technologií ukládání energie a konverze nové generace díky jejich vysoké teoretické hustotě energie (1 0 86 WH kg -1), vysokou bezpečnost, vysokou bezpečnost,, vysokou bezpečnost, vysokou bezpečnost, vysokou bezpečnost, vysokou bezpečnost nízké náklady a hojné rezervy zinku. Racionální návrh a vývoj vysoce výkonných bifunkčních katalyzátorů OER a ORR je velmi důležitý pro vývoj a aplikaci dobíjecích baterií zinko-vzduch. V posledních letech zavedení kovového místa do oxidu kovu za vzniku dvou-aktivního místa Bimetalický jednofázový katalyzátor kombinující MN-O a RU-O (jako -Mn 1- xruxo2, RU ({{ {21}}. 1) -Mno2, Mn-Ruo2 a Mn 0. 3ru0.7o2) může Vyřešte omezení jediného místa a uspokojte různé potřeby ORR a OER, což přitahovalo rozsáhlou pozornost. Je však obtížné dosáhnout zlepšení aktivity ORR a OER a stabilitou obousměrnou regulací mezi těmito dvěma místy, to znamená, že obecně lze optimalizovat pouze strukturu valenční struktury a výkon hlavního oxidu kovu, zatímco ostatní aktivní místo zavedené tváře výběr aktivity a stability. Proto je vývoj strategie pro plné regulaci výkonu a přerušení omezení stability aktivity zvláště důležitý pro vývoj vysoce výkonných bifunkčních katalyzátorů oxidu kovů.
Na základě jednoduché metody bublání glukózy (obrázek 1) vyvinula výzkumná skupina Zhang Rufan obousměrnou regulační strategii. Zavedením prvku GA a aktivního místa Mn do RUO2 současně byl použit k optimalizaci valenční struktury duálních aktivních míst RU a Mn na atomové úrovni, prolomit omezení mezi aktivitou a stabilitou tradičního duálního weby. Autoři kombinovali experimentální a teoretickou analýzu, aby potvrdili, že zavedení GA způsobilo redistribuci elektronů/náboje na duálních aktivních místech Mn a Ru, optimalizovala valenční strukturu Mn a Ru a snížilo energetické bariéry ORR a OER reakcemi regulací regulací regulací Adsorpční chování reakčních meziproduktů *o/ *OH na aktivních místech. Katalyzátor GA/MNRUO2 vyvinutý autory ukázal vynikající bifunkční katalytický výkon (obrázek 2), s potenciálním rozdílem (ΔE) pouze 0. 605 V, vykazující vynikající katalytickou aktivitu, mezi které se pouze o orr rozpadu 18 mV po 300, 000 cykly zrychleného testování. Katalyzátor byl porovnán se 100 nedávnými bifunkčními katalyzátory a jeho komplexní výkon byl lepší než většina katalyzátorů.
AR-ZABS založené na katalyzátorech GA/MNRUO2 vykazují vynikající výkon v širokém teplotním rozsahu (obrázek 3). Mezi nimi, po více než 800 hodinách cyklických testů a vypouštění při proudové hustotě 10 mA cm -2 Při teplotě místnosti si katalyzátor stále zachovává 86 7% počáteční hodnoty specifické kapacity. Kromě toho nemá katalyzátor téměř žádný útlum po 2308 hodinách (asi 13, 848 cyklů) cyklických a vybíjených testů při nízké teplotě. Tato práce navrhuje obousměrnou regulační strategii, která poskytuje nový nápad pro rozvoj vysoce výkonných bifunkčních katalyzátorů ORR a OER a baterií zinku.
Výše uvedené výsledky byly zveřejněny v mezinárodním časopise Angewandte Chemie International Edition pod názvem „Breaking the Stability-Activitivity Comprocatalys of Oxygen Electrocatalyst by Gallium Bilaterální regulací pro vysoce výkonné baterie zinku-vzduch“. Prvním autorem příspěvku je Li Yunrui, postdoktorand na Katedře chemického inženýrství, a odpovídajícím autorem je docentem Zhang Rufan z Katedry chemického inženýrství. Výše uvedené výzkumné práce byly podpořeny Národní přírodní vědeckou nadací Číny a Národním programem pro výzkum a vývoj.
Obrázek 1.. Syntéza a charakterizace atomové struktury katalyzátoru
Obrázek 2. hodnocení výkonu ORR a OER v katalyzátoru a porovnání jeho duálního funkčního komplexního výkonu.
Obrázek 3. Vyhodnocení výkonu vodných dobíjecích baterií zinku a vzduchu