DSR助力科研，一区TOP，温州大学陈亦皇团队发表锌-空气电池论文研究

通过光热过渡金属硫化物异质结构推动耐ji端温度锌-空气电池的发展

理化（香港）有限公司2024年度优选论文

当前，锂离子电池在储能市场中占据主导地位，然而，现有的锂离子电池技术面临着能量密度不足（50-260 Whkg^-1）、运营成本高、安全隐患等挑战，制约了其进一步发展和利用。下一代能量转换和存储系统的更换势在必行。

锌空气电池（ZABs）因其zhuo越的理论能量密度 （1086Whkg^-1）、强大的安全性和成本效益而成为有前途的候选者，具有巨大的研究潜力。然而，ZABs中与氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）相关的缓慢动力学，阻碍了其实际应用。解决这些反应中动力学延迟的挑战对于推进ZABs实际应用至关重要。

近日，温州大学陈亦皇团队在国际期刊《Energy & Environmental Science》发表题为《Advancing extreme-temperature-tolerant zinc–air batteries through photothermal transition metal sulfide heterostructures》重磅论文，论文研究一种由氧化石墨烯上负载的NiCo2S4@NiFe层状双氢氧化物（NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO）组成的光热电催化剂。

NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO光热电催化剂表现出显着的双功能活性，在光热效应的影响下，E值为0.636V，远远超过大多数先进体系（通常>0.68V）。在25mA cm-2的高电流密度下，基于NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO的ZABs展现出了惊人的循环性能，在无光照条件下达到3410次循环，在光照条件下进一步延长到了8285次循环。

此外，当组装柔性全固态ZABs时，光热辅助下的可充电电池表现出出色的性能，包括最大功率密度（例如，25 ℃时为151.7mW cm^-2）、显着的循环稳定性（例如，-40℃下超过3480次循环），以及从高温（60 ℃）到极低温（-40℃）的zhuo越灵活性。最后，通过原位拉曼光谱和模拟研究，揭示了光热效应促进羟基氧化物的生成的关键作用，强调了光热效应对电催化性能的有益影响。该论文研究对探索发展新型ZABs技术具有重要指导意义。

论文题目：Advancing extreme-temperature-tolerant zinc–air batteries through photothermal transition metal sulfide heterostructures

论文作者：温州大学化学与材料工程学院 陈亦皇团队

论文期刊：《Energy & Environmental Science》

论文分区：JCR一区TOP

影响因子：32.4

论文DO1：10.1039/d4ee03240c

该论文研究使用了理化（香港）有限公司提供的DSR数字型旋转圆盘圆环电极装置进行实验，测定了NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO电催化剂的双功能性能，以及转移电子数与过氧化氢（H₂O₂）产量的测试，获得良好的谱图数据。   

实验谱图解析

在标准实验中，实验人员测量了电流密度为10 mA cm^-2（E_j=10）时的电位，以评估和比较合成催化剂与基准贵金属催化剂的析氧反应（OER）活性。

如图a所示，NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO的OER活性最高，E_j=10 =1.492 V，并且在近红外（NIR）光照下，活性进一步提升。

在图c中，对其稳定性进行了测试，在维持恒定电位10小时后，电流密度仅降低了12.7%，与商用RuO₂催化剂（降低了23.7%）形成鲜明对比。同时，催化剂在光照10小时后也表现出优异的光稳定性，电流密度达到其初始值的89.3%。

图d、e为ORR性能，NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO同样展现出了较大的半波电位（E_1/2=0.809V），接近商用Pt/C催化剂的性能（E_1/2=0.834 V）。

同时，对其进行了稳定性测试，在10小时的ORR过程后光照下NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO的电流密度仅比初始值降低了6.8%。与商用Pt/C催化剂（显著降低了27.5%）形成鲜明对比。

如图g所示，计算得出NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO转移的电子数约为4.0，这与通过旋转环盘电极（RRDE）测量得出的约3.98的值非常接近。此外，值得注意的是，H₂O₂的产率低于1%（见图g），这可以归因于NiCo₂S₄@NiFe LDH/N-rGO在氧还原过程中直接生成了氢氧根离子。

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