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我院硕士研究生在Mn掺杂钙钛矿负载石墨烯提升ORR催化活性方面发表研究成果

作者: 时间:2023/12/31 点击数:

我院2020级硕士研究生秦善鹏在国际期刊《Journal of Materials Research and Technology》(IF=6.40,SCI top期刊)上发表题为“Graphene-loaded and Mn-doped SrCoO3 perovskite oxide as a cathode catalyst for aluminum–air battery”的研究论文(DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.073)。

铝-空气电池是一种新型清洁能源,具有对环境友好、原材料广泛、环境适应性强、续航能力强以及工作过程安全等优点,具有很大的发展使用潜力。但是阴极缓慢的氧还原反应(ORR)阻碍了其广泛使用。通过在阴极中加入催化剂来提升阴极性能是一种有效的方式。其中,钙钛矿具有ABO3的结构通式,可以调整A、B位原子进而改变其结构、电子分布等性能,且制备简单,对氧化还原反应具有良好的催化效果。Mn由于具有较高的电子价态和独特的性质受到广泛的关注,且Mn储量丰富,被常用来作为掺杂元素。另外,由于钙钛矿的掺杂会导致其导电性降低,限制了其作为单一ORR催化剂使用,因此与导电性好的碳材料进行复合来增强导电性是一种非常有效的解决方式。

论文以SrCoO3钙钛矿型金属氧化物为基础材料,通过掺杂Mn并与石墨烯纳米片材料相复合。采用材料分析手段、电化学研究方法和电池测试装置对制备催化剂进行表征和测试分析,得出当SrCoO3掺杂50% Mn时和负载20%的石墨烯纳米片时,可以更好地提高SrCoO3的ORR催化性能。石墨烯纳米片负载在颗粒相对大的SrCoO3钙钛矿材料上会影响氧的吸附能力,增大与氧的接触面积和材料松散度,提高了导电性和氧吸附位点数量,单位面积的放电容量达26.92 mWh/cm2,可以作为铝-空气电池理想的催化剂材料。

上述工作是在导师王勇教授和李永存副教授指导下完成,并得到了国家自然科学基金、海南省重点研发项目以及黑龙江省自然科学基金等项目的资助。

 

 

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