8月29日，記者從海南大學獲悉，該校熱帶海洋工程材料及評價全國重點實驗室副教授饒鵬團隊研究發現，在碳載體上富集吡啶氮位點構建具有氯離子排斥能力的負電荷界面，能夠保持海水鋅-空氣電池中碳載體的結構完整性，防止催化劑整體失活。相關研究成果發表在《德國應用化學》上。
饒鵬介紹，海水鋅-空氣電池因其低成本、高功率密度、環境友好性而展現出巨大潛力。然而，氧還原反應動力學遲緩和海水中氯離子吸附腐蝕嚴重制約其實際應用。氧還原反應動力學遲緩會導致電池功率密度不足，能量轉換效率降低，海水中氯離子吸附腐蝕使電池容量快速衰減，降低電池效率。
與以往只關注活性位點本身的耐氯離子腐蝕能力而忽略了載體的耐腐蝕能力相比，此次研究中，團隊提出了調控碳載體氮物種策略，通過調控具有負電荷特性的吡啶氮含量，利用其電子特性抑制氯離子吸附，從而顯著提升催化劑在海水電解質中的氧還原反應活性和耐久性。在實驗過程中，團隊通過酶誘導策略富集吡啶氮，在合成催化劑前驅體時，加入溶菌酶作為氮化劑。隨后在熱解的過程中，附著在前驅體表面的溶菌酶不僅有效地捕獲了鐵原子，防止其聚集，還提供了豐富的氮源，促進吡啶型氮的形成。最終得到鐵單原子錨定的高吡啶氮摻雜碳催化劑，成功在載體上構建具有氯離子排斥能力的負電荷界面。
研究結果表明，由于金屬-4個吡啶氮配位結構具有顯著的局域負電荷分布，有效抑制了氯離子的吸附與腐蝕。得益于鐵原子與四個吡啶氮配位形成的高活性且穩定的催化活性中心，所制備催化劑在海水電解質中展現出優異的氧還原催化活性。氯離子排斥保護層的構建不僅提升了催化劑中金屬活性位點抵御氯離子干擾的性能，還從根本上增強了碳載體自身的抗腐蝕性能，推動了海水鋅-空氣電池的實際應用，為其他涉及腐蝕性電解質的能源器件設計提供重要借鑒。
饒鵬表示，本次研究首次聚焦于氯離子對碳載體本身的腐蝕，通過碳載體的氮物種構型構建高負電荷界面，利用靜電排斥原理抑制氯離子吸附，從根本上抑制碳基質的腐蝕，為海水鋅-空氣電池的高效穩定運行提供了全新的解決方案。
本文鏈接：研究人員發現調控碳載體氮物種推動海水鋅-空氣電池實用化http://m.sq15.cn/show-11-25377-0.html
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