唐亚文、邱晓雨课题组在Advanced Materials上发表研究论文

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化科院唐亚文、邱晓雨课题组在石墨烯双面功能化方面的研究成果发表在Advanced Materials(2020, 2003134, IF=25.809)上。Advanced Materials是材料领域最有影响力的期刊之一。论文第一作者为化科院2017级硕士生陈江越，通讯作者为我校青年教师邱晓雨博士、美国德克萨斯大学付更涛博士（我校2017届博士生）、澳大利亚纽卡斯尔大学马天翼教授。

       可充电金属-空气电池由于其较高的能量密度，低成本以及高安全性受到了广泛关注。金属-空气电池的充电和放电分别发生了氧气还原反应（ORR）和析氧反应（OER）。ORR和OER是一个可逆反应。理论上讲，有利于ORR进行的界面必然不利于OER；反之亦然。常用的将ORR和OER活性组分简单混合的方法不能有效地构建独立的、互不干扰的ORR和OER催化界面；同时，长期运行过程中，双功能活性组分之间的团聚和溶解也阻碍了金属-空气电池性能的进一步提高。因此，设计高效的、具有独立ORR/OER双功能界面的电催化剂对加速可充电金属-空气电池的商业化至关重要。
       唐亚文课题组通过多步自组装方法，制备得到了具有不同ORR/OER功能化界面的石墨烯球。首先通过静电作用在二氧化硅球表面均匀地吸附[Ni(CN)4]2-；以氧化石墨烯包覆后，再通过π-π堆积作用将肽菁亚铁（FePc）锚定在其外表面；惰性氛围下高温热解，除去模板后得到内层为单原子Ni、外层为单原子Fe的Ni-N4/GHSs/Fe-N4双功能催化剂。电化学测试表明Ni-N4/GHSs/Fe-N4对ORR和OER具有高活性，ORR半波电位E1/2为0.83 V，而OER过电位Ej10仅为0.39 V；对照组（Ni-N4/GHSs和GHSs/Fe-N4）研究证明，石墨烯球内部的Ni-N4为OER活性组分，外部的Fe-N4为ORR活性组分，石墨烯的两个界面发挥了不同功能。组装成锌空电池中，OER/ORR双功能的Ni-N4/GHSs/Fe-N4基空气阴极表现出较大的比容量（777.6 mAh gZn-1，理论值的94.8%）和能量密度（970.4 Wh kgZn-1，理论值的89.5%），较高的充放电循环稳定性和快速响应性能。在600次的充放电循环后，Ni-N4/GHSs/Fe-N4基空气阴极仍能维持较高的充放电效率（52.2%），明显优于商业化Pt/C+RuO2基空气阴极（45.2%）。这一研究结果为石墨烯界面的不同功能化提供了一种新的思路。
       该工作得到了江苏省新型动力电池重点实验室、江苏省生物医药功能材料协同创新中心、生物医药功能材料国家地方联合工程中心、国家自然科学基金、江苏省优势学科建设项目等资金的支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003134

江苏省新型动力电池重点实验室

化学与材料科学学院

2020.06.24

       文章来源：南京师范大学

       唐亚文，男，南京师范大学化学与材料科学学院教授，博士，博士生导师，全国有机电化学及工业协会副理事长、中国氢能协会委员、江苏省化学化工学会化学教育专业委员会副理事长、江苏省电化学工程专业委员会副主任。主要研究方向：纳米电化学、化学电源、电化学传感器。发表SCI论文150余篇，他引1300余次，九篇论文入选ESI数据库；申报国家发明专利15项；主持国家“863”项目子课题两项，国家自然科学基金-云南联合基金(重点项目)一项，国家自然科学基金项目三项，江苏省自然科学基金一项，江苏省产学研前瞻性项目一项。江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象。
      邱晓雨，2018年南京师范大学（和美国佐治亚理工合作培养）博士毕业后留校，主要从事能源材料、纳米电化学领域的研究工作。承担国家自然科学基金（青年）、省高校自然科学基金等项目。迄今以一作或通讯作者在Adv Funct Mater、Adv Sci等期刊发表SCI论文20余篇；申报国家发明专利2项。