合理設計一種高效且穩定的多功能電催化劑來取代貴金屬催化劑是極其需要的，但也極具挑戰性。在該研究中，通過熱解石墨烯-超分子復合物，合成了富含缺陷的氮摻雜石墨烯封裝的金屬納米顆粒。所獲得的催化劑顯示出優異的ORR性質，OER性質和HER性質，在0.1 M KOH溶液中，其性能指標分別為半波電位E1/2 = 0.864 V，10 mA/cm2電流密度時，OER過電位η= 383 mV，而HER過電位η= 193 mV。將該材料裝入可充電的鋅空電池中，、峰值功率密度為205 mW/cm2，循環壽命為667 h。經研究發現，M–Nx成分的形成和缺陷的N摻雜石墨烯促使了良好的ORR活性，而好的OER和HER活性則歸因于富含缺陷的N摻雜C和Co核的存在。這一研究發現為設計兼具多功能催化活性和高穩定性的電催化劑提供了的重要的見解。
Figure 1. CoDNG900樣品的制備示意圖。
Figure 2. (a) 各種催化劑的 XRD圖, (b, c) CoDNG900的TEM圖，(d-f) HRTEM圖, (g) HAADF掃描TEM圖和(h-n)相應的元素分布。
Figure 3. ORR性質。（a）各種催化劑在O2飽和的0.1 M KOH溶液中（轉速：1600 rpm，掃描速率：5 mV/s）的LSV曲線，（b）相應的Tafel圖，（c）所有催化劑的半波電位和起始電位，（d）CoDNG900和Pt/C在0.6 V（轉速：1600 rpm）時的i-t曲線，（e）耐甲醇性測試，（f）在1.15 V電位下，Δj= ja – jc相對于一系列掃描速率繪制的曲線。
Figure 4. OER性質和HER性質。（a）所有催化劑在O2飽和的0.1 M KOH溶液中的LSV曲線，以及（b）相應的Tafel圖，（c）所有催化劑的△E，（d）所有催化劑于Ar飽和的0.1 M KOH溶液中的LSV曲線以及相應的（e）Tafel圖，（f）催化劑在10 mA/cm2電流密度時的OER和HER過電位比較。
Figure 5. (a) 開路電壓時的曲線，(b) 放電極化曲線和相應的功率密度，(c) CoDNG900 和Pt + IrO2基鋅空電池的充放電極化曲線，(d) 初始的 1˜10圈, (e) 990˜1000圈和 (f) 1990˜2000圈 恒電流充放電曲線，(g) 循環性能，(h) 鋅空電池示意圖。
相關研究工作由南開大學Weichao Wang課題組于2020年發表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。原文：Trifunctional Co nanoparticle confined in defect-rich nitrogen-doped graphene for rechargeable Zn-air battery with a long lifetime。
轉自《石墨烯雜志》公眾號：
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