一维范德瓦耳斯异质结构作为高效无金属氧电催化剂
材料科学
2020-10-01 v1
摘要
二维共价有机框架（2D-COFs）是一类具有明确分子结构的新兴催化材料家族。二维纳米片的堆叠与较大的本征带隙严重损害其性能。在此，我们报道了由碳纳米管（CNT）核与厚度可调的噻吩并噻吩-芘 COF 壳层组成的同轴一维范德瓦耳斯异质结构（1D vdWHs），采用基于溶液的就地包裹方法制备。密度泛函理论计算与原位及非原位光谱分析表明，噻吩并噻吩基团中的碳-硫区域是活性催化位点。独特的同轴结构使得依据 COF 壳层厚度可实现从 CNT 核到 COF 壳层的可控 n 型掺杂，从而降低了 COF 的带隙与功函数。因此，活性催化位点与吸附氧中间体之间的电荷转移势垒降低，导致其氧氧化还原反应催化活性显著增强。这使得在高电流密度 40 mA cm-2 下具有 696 mAh gZn-1 比容量及优异循环稳定性的高性能可充电锌空气电池得以实现。1D vdWHs 为创造多维 vdWHs 以探索基础物理与化学以及电化学、电子学、光子学等领域的实际应用打开了大门。
引用
@article{arxiv.2009.14396,
title = {One-dimensional van der Waals heterostructures as efficient metal-free oxygen electrocatalysts},
author = {Chang Liu and Fei Liu and Hao Li and Junsheng Chen and Jingyuan Fei and Zixun Yu and Ziwen Yuan and Chaojun Wang and Huiling Zheng and Zongwen Liu and Meiying Xu and Graeme Henkelman and Li Wei and Yuan Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.14396},
year = {2020}
}
备注
47 pages and 34 figures