乔世璋传授团队ACS Nano：通过抗催化界面按捺析氢实现高效的水系锌离子电池
【文章信息】
第一做者：高君權、叶超
通信做者：乔世璋
通信单元：澳大利亚阿德莱德大学
DOI: 10.1021/acsnano.2c12587
【研究布景】
因为水系电解量的平安性及低造价，水系电池被视为现今最有大规模储能应用前景的安装之一。而间接利用锌金属做为阳极，水系锌离子电池得以大大简化了电池的造造过程。然而，氢气、碱式盐、枝晶的生成影响了锌负极的不变性及库仑效率。复杂的近外表情况使得难以有效确实认失效原因。现有的按捺析氢战略可简单分为两类：削减水活性及阻挠活性析氢位点。然而以上两种手段可能反而降低粒子导度或者增加轮回过电位。比拟之下，抗催化界面能有效天时用锚定的抗催化位点来按捺水系锌离子电池在轮回时的析氢问题。
【文章简介】
基于此，来自阿德莱德大学的乔世璋传授，在国际期刊ACS Nano上颁发题为“SupPRessing Hydrogen Evolution via Anticatalytic Interfaces towards Highly Efficient Aqueous Zn-Ion Batteries”的研究论文。
该工做报导了通过CuN3配位石墨碳氮化物（CuN3–C3N4）抗催化界面按捺析氢反响，以实现高效的水系锌离子电池。基于原位气相色谱及原位同步辐射X射线衍射谱，该工做证了然析氢反响触发了碱式盐的生成。透过原位红外光谱表征及密度泛函理论计算，该工做证了然抗催化界面能有效地调理析氢反响中间体的吸附。因而，抗催化界面有效地进步了镀锌/剥离的库仑效率，使其在5500次轮回中到达~99.7%，而且在1 毫安每平方厘米电流密度 （mA cm–2）和1 毫安时每平方厘米容量（mAh cm–2）下的轮回可逆性超越1300小时。在抗催化界面的庇护下，整个电池在1C的400次轮回中显示出98.3%的优良库仑效率。
【本文要点】
基于原位气相色谱及原位同步辐射X射线衍射谱，该工做证了然析氢反响触发了碱式盐的生成。在抗催化界面的感化下，水系锌离子电池在轮回过程中削减了超越一半的氢气析出,同时在原位同步辐射X射线衍射谱察看到碱式盐的生成显著削减。
抗催化界面有效地进步了镀锌/剥离的库仑效率，使其在5500次轮回中到达~99.7%，而且在1 毫安每平方厘米电流密度 （mA cm–2）和1 毫安时每平方厘米容量（mAh cm–2）下的轮回可逆性超越1300小时。在抗催化界面的庇护下，整个电池在1C的400次轮回中显示出98.3%的优良库仑效率。
透过原位红外光谱表征及密度泛函理论计算，证了然抗催化界面能有效地调理析氢反响中间体的吸附。透过原位红外光谱的察看可发如今抗催化界面的感化下，近外表的H3O+ 物种吸附才能明显降低。而按照密度泛函理论计算，抗催化界面可大大地削减氢气的脱附。以此配合证了然抗催化界面的按捺析氢才能。
【文章链接】
Chun-Chuan Kao, Chao Ye, Junnan Hao, Jieqiong Shan, Huan Li, and Shi-Zhang Qiao* Suppressing Hydrogen Evolution via Anticatalytic Interfaces towards Highly Efficient Aqueous Zn-Ion Batteries. ACS Nano 2023, DOI: 10.1021/acsnano.2c12587
【通信做者简介】
乔世璋传授，现任澳大利亚阿德莱德大学化工学院纳米手艺首席传授，能源与催化质料中心（Centre for Materials in Energy and Catalysis）主任，次要处置新能源手艺纳米质料范畴的研究，包罗电池、电催化、光催化等。做为通信联络人，在 Nature、Nature Energy、Nature Synthesis、Nature Communications、Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials 等国际顶级期刊颁发学术论文超越496篇，引用超越10万6千次，h指数为165。
乔世璋传授已获得多项重要奖励与荣誉，包罗2021年南澳年度科学家奖、2017年澳大利亚研究理事会桂冠学者（ARC Australian Laureate Fellow）、2016年埃克森美孚奖、2013年美国化学学会能源与燃料部新兴研究者奖以及澳大利亚研究理事会出色研究者奖（DORA）。乔传授是国际化学工程师学会会士、澳大利亚皇家化学会会士、英国皇家化学会会士等。同时，他担任国际刊物英国皇家化学会杂志EES Catalysis的主编和 Journal of Materials Chemistry A副主编，也是科睿唯安（Clarivate Analytics）/ 汤姆森路透（Thomson Reuters）化学、质料科学和情况与生态三个范畴的高被引科学家(近十年有123 篇高被引论文)。
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