怎么能黑磷被用于电催化作用和充电电池?

在《华尔街日报》最近发表的一篇文章先进的可持续发展系统周围的挑战和机遇,研究人员讨论了黑磷的使用可充电电池和电催化作用。

研究:机遇和挑战黑磷电催化作用和充电电池。图片来源:Luckymane / Shutterstock.com

背景

最稳定的磷同素异形体叫做黑磷(BP),它是一种新发现的二维层状的物质。从理论上说,英国石油公司重要的电化学离子存储容量和磷是热力学最稳定的同素异形体。2 d材料家族由phosphorene独有的特性,丰富的单层剥落的大部分英国石油(BP)晶体。黑磷量子点(BP-QDs)正在开发的多功能纳米材料的各种环境和可持续能源的应用程序。尽管英国石油公司的明显的好处,它的一些固有的品质对于一些特定的应用程序是不够的。

创建BP-based异质结构可以极大地增强BP-based材料的特点,因此扩大应用作为一个成功的解决这些问题。亚博网站下载潜在electrocatalysts几个反应,包括氧进化反应(OER),氧还原反应(ORR),析氢反应(她),氮还原反应(NRR),使用BP等,进行了调查。

活跃的网站,增加表面重建,以及选择吸附的电催化作用路径都可以通过身体建筑BP-based异质结构。一个有前途的可充电电池电极材料是英国石油公司由于其极高的理论能力。BP-derived hetero-structure电极研究了提高导电率,限制大型肿胀、概况和诱导稳定的固体电解质界面进一步提高电池性能。

概略说明三个主要类型的BP-derived催化剂及其电催化作用的主要特点。图片来源:梅,J et al .,先进的可持续的系统

关于这项研究

在这项研究中,作者简要概述了最近的事态发展在电催化作用,包括氧进化反应(OER),析氢反应(她)和氮还原反应(NRR),以及在可充电电池,包括钠电池(兄弟姐妹),锂离子电池(库),和钾离子电池(本文)。其次是一个关键的评估当前的机遇和挑战。预期,这一类新兴材料会导致潜在的新思路应对当前的能源问题,将进一步激励科学家创造独特的材料即将到来的亚博网站下载多功能用途。

英国石油公司的团队检查了使用尖端电催化作用和充电电池。总结当前的发展在英国石油公司的规定和BP-derived混合动力车在电催化作用和充电电池,包括库,本文,哥哥和Li-S电池提供。

观察

88.9Ω的导电性,放电容量1088毫安h g¹在0.1 g¹马、循环稳定性和757.3 g h¹在0.5 g¹超过650个放电/充电周期,与552 mA h g和速度性能¹在一个较高的率2.5 g¹据报道BP /碳纳米管(碳纳米管)电极填词。根据一项研究,倪₂P / BP异质结构提高了导电性6.25 x 10⁴S m¹,进而增加电荷载体浓度1.37 x 10^20.厘米³并使稳定她的自行车,持续了超过3000次。

马2505 h g¹第一次放电容量4 GPa和400°C BP白磷制成的记录,而一个2649毫安h g¹初始放电容量为4.5的绩点和800°C报道英国石油制成的红色磷。此外,英国石油公司面临相当大的挑战有关大规模生产和安全存储,和当前的成本是非常昂贵的。由于合成方法的局限性,这是非常难以精确控制的质量和装配BP-based异质结构。促进英国石油公司稳定、表面涂层、更改或兴奋剂被证明是成功的。

大部分的现有研究BP关注LIBs和哥哥的电化学离子对离子存储方法是类似的,除了性能差异造成的不同的离子半径Na +和李+之间。导电碳材料的使用在混合与英国石油(BP)是一个成功的策略来亚博网站下载处理所带来的结构性变化引起的问题重复lithiation / sodiation流程。

示意图说明BP及其派生的关键问题的电催化作用和充电电池。图片来源:梅,J et al .,先进的可持续的系统

结论

在结论,本研究提出了深入研究的潜力BP和BP-derived复合材料作为各种electrocatalytic反应的高效催化剂,以及对各种充电电池的电极材料。亚博网站下载由于不同质量和表面化学状态,英国石油公司使用各种合成方法生产有丰富的电化学特征。

团队决定,尽管显著提高性能BP-based材料在电池和电催化作用,仍有一个巨大的差距由实验室试验和工业生产,这是一个原始的结果BP的环境敏感性和小批量生产纳米材料亚博网站下载的技术。

作者提到,迫切需要更多的工作来改善材料的结构稳定性和催化能力基于BP。亚博网站下载他们表示,有必要结合使用的理论计算和实验研究发现复杂的反应机制。

引用

梅,J。廖,T。太阳,Z。,机遇和挑战黑磷电催化作用和充电电池。先进的可持续的系统,(2022)。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202200301。

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