吡啶N-B共掺杂碳微球

双功能催化

通过精细分级的微孔-介孔结构与吡啶N-B对掺杂，该碳微球在可充电锌空气电池中同时实现高效氧还原与析氧反应，显著提升器件功率密度与循环稳定性。

陈文昊 · 皮信信 · Qu, Zhibin · 李延辉 · Li, Jian · Zhiyang, Li · Qiuju, Du · 赖小勇 · 夏延致 · 孙飞

Applied Energy 2025

具体参数

ORR起始电位

{'zh': '0.996', 'en': '0.996'} V

ORR半波电位

{'zh': '0.889', 'en': '0.889'} V

OER过电位

{'zh': '384', 'en': '384'} mV

锌空气电池最大功率密度

{'zh': '134', 'en': '134'} mW cm⁻²

锌空气电池循环稳定性

{'zh': '358', 'en': '358'} h

技术优势

双功能催化

吡啶N-B对在氧还原和析氧中均具有高催化活性，可直接用于锌空气电池空气电极，免去分别设计ORR与OER催化剂。

结构稳定

分级微孔-介孔结构提供了丰富的活性位点与传质通道，使锌空气电池在长期运行中保持性能，循环稳定性超过358小时。

制备可控

采用SiO₂硬模板辅助CO₂活化策略，可在碳微球中精准构建分级孔，保证每批次形貌和性能均一。

活性位点明确

DFT计算表明吡啶N-B对具有最高电荷密度，并易从邻近B的N位点的*OOH中间体接受电子，揭示催化本征活性来源。

应用场景

• 锌空气电池：直接作为锌空气电池空气电极催化剂，提升功率密度与循环寿命。
• 氧还原催化剂：用作氧还原催化剂，加速ORR动力学，降低活化过电位。
• 析氧催化剂：在阳极催化析氧反应，提高全电池能量效率。
• 电催化材料：用于构建高效双功能电催化界面，替代贵金属催化剂。