過渡金屬卟啉和酞菁化合物是一類能地促進CO2還原的催化劑,因此被廣泛地應用于電催化CO2還原體系當中,然而其在Li-CO2電池體系中的應用卻沒有受到任何關注。
我們通過簡單的微波加熱法制備了具有彈性和可再加工性的具有網狀交聯結構的三維共軛聚酞菁鈷(CoPPc)發現該聚合物能溶解在多種極性溶劑中,且當溶劑揮發后能在各種厚度和形狀的基底上形成一層均勻的膜,將基底進行彎曲或折疊時,表面的膜不會破裂或者脫落,這證明了該聚合物具有良好的彈性和可再加工性,這些性質為新型電極的設計提供了可能。
隨后我們對該催化劑在Li-CO2電池中的潛在應用做了探究,當將其用作Li-CO2電池正極催化劑時,其不僅能的降低電池極化,還能使電池釋放出較大的面積比容量,當電流密度為0.1mA/cm2時,該電池首圈放電容量為13.6mAh/cm2,庫倫效率達到88%,且充電電壓降至~4.1 V。為了了解可能的反應機理,我們對處于不同充放電狀態下的正極表面進行了探究。非原位的XRD及SEM表明,當電池未進行充放電時,CoPPc在碳布表面形成一層光滑且致密的薄膜;當在0.05mA/cm2的電流密度下放電至5mAh/cm2時,電極表面會覆蓋上一層粒徑為200~500nm的Li2CO3顆粒;在充電過程中,結合電化學質譜測試,CO2是主要的氣體產物,且當充電結束后,集流體表面的Li2CO3消失,電極表面恢復到原始狀態。這表明CoPPc在Li-CO2電池中能的促進Li2CO3的可逆形成和分解。
接著對電化學性能進行了測試。設置電流密度為0.05mA/cm2,截止容量為1 mAh/cm2,當充電電壓截至4.5 V時,該電池能可逆循環50次,電壓極化從1.08V升至1.53V。此外,將電流密度從0.05mA/cm2升高到0.25mA/cm2時,電壓極化僅從~1.2V升高到~1.7V。這些結果表明用CoPPc作為催化劑時,Li-CO2能電池釋放出大的面積比容量并展現出的循環穩定性和倍率性能。
磺基酞菁銅/石墨烯納米復合材料(CuTsPc/GR)修飾玻碳電極
聚酞菁鈷/碳納米管復合材料修飾電極(CoPPc/MWCNTs/GCE)
超支化酞菁銅功能化碳納米管CNTs(HBCuPc-CNTs)
四磺酸基酞菁鐵(FeTSPc)功能化石墨烯納米層(GNs)復合物
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