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? ? 提出了構建硫/氮雙摻石墨烯負荷的有效原位耦合策略Co9S復合材料8納米顆粒。

? ? 2引入四磺酸基鈷卟啉形成Co9S8納米粒子的耦合劑和硫/氮雙摻石墨烯的摻雜源。

? ? 3將獲得的復合材料用作ORR和OER可充電鋅空氣電池和全固態鋅空氣電池采用催化劑。

? ? 內容簡介

? ? 充電鋅空氣電池具有環保、成本低、理論能量密度高的優點，在便攜式能源存儲設備和運輸應用方面具有巨大的潛力。然而，電池反應過程中的氧電極電化學反應動力學緩慢，使其難以實際應用。因此，有必要研究和開發氧還原反應（ORR）與氧沉淀反應（OER）雙功能活性催化劑。

? ? 近年來，過渡性金屬硫化物（如硫化鈷）因其價格低、催化活性高、穩定性好硫化鈷）引起了國內外學者的廣泛關注。然而，硫化鈷的導電性一般較差。石墨烯作為一種有效的導電基質，具有導電性優越、比表面積大、化學穩定性和熱穩定性優異的優點。此外，石墨烯的混合可以進一步提高其導電性，并提供額外的電催化活性點燃料電池催化劑。

? ? 因此，硫化物與摻雜石墨烯的結合是研究的熱點之一。然而，簡單的復合材料很容易導致大量的納米顆粒聚集，使活性點暴露不足，從而降低了復合材料的催化活性。此外，納米顆粒與石墨烯之間的弱錨定作用使納米顆粒容易浸出，降低了復合材料的穩定性。

? ? 為了解決上述問題，長春理工大學王恒國教授的研究小組首次與教授對話N4-功能導向設計用于制備硫/氮雙摻石墨烯負荷Co9S8納米顆粒的復合材料。分子間氫鍵和π-π作用于吸附氧化石墨烯表面的四磺酸鈷卟啉。在煅燒過程中，四磺酸鈷卟啉不僅作為耦合劑形成Co9S8納米粒子錨定在石墨烯表面，形成氮/硫雙摻雜石墨烯作為異質元素的摻雜源。燃料電池催化劑

? ? 這種復合材料效率很高ORR和OER作為鋅空電池和全固態鋅空電池的催化劑，催化活性也表現出良好的充放電特性和循環性能。

? ? 1硫/氮雙石墨烯負荷Co9S8納米顆粒復合材料的制備

? ? 1硫/氮雙石墨烯負荷Co9S制備納米粒子復合材料的路線。

? ? 硫/氮雙石墨烯負荷Co9S8納米粒子復合材料的結構和微觀外觀

? ? 2(a,b)SEM；(c)TEM；(d)HRTEM；(e)TEM元素分布。

? ? SEM硫/氮雙石墨烯負荷Co9S8納米顆粒復合材料保持石墨烯的層狀結構，不產生聚集現象。TEM和HRTEM證實了Co9S8納米粒子的存在。元素分布顯示C,N,Co和S均勻分布在石墨烯表面，驗證了這種原位耦合策略可以有效避免活性位點的聚集。

? ? 硫/氮雙石墨烯負荷Co9S8納米粒子復合材料的電催化活性

? ? 硫/氮雙石墨烯負荷Co9S8納米顆粒復合材料ORR性能測試：(a)CV曲線;(b)不同樣品的極化曲線；(c)不同轉速下的極化曲線；(d)K-L插入電子轉移數的曲線；(e)不同樣品的塔菲爾斜率；(f)穩定性測試。制氫電解槽

? ? 3說明硫/氮雙摻石墨烯的荷載Co9S8納米顆粒復合材料ORR催化劑顯示和商業催化劑Pt/C起始電位相當（0）.92V），以及較低的塔菲爾傾斜率(47).7mV/dec）。

? ? 硫/氮雙摻石墨烯Co9S8納米顆粒復合材料OER性能測試：(a)極化曲線;(b)不同樣品的塔菲爾斜率；(c)穩定性試驗；(d)j=10mA/cm過電位與半波電位的差值。

? ? 4顯示硫/氮雙石墨烯負荷Co9S8納米顆粒復合材料OER催化劑時，在1.61V電位可達到10mA/cm2的電流密度低于商業RuO塔菲爾斜率2(69).2mV/dec1).5h）。

? ? 5可充電鋅空電池性能：（a）可充電鋅空電池的說明；（b）開路電位；（c）充放電曲線；（d）放電曲線及相應的功率密度曲線；（e）10mA/cm充電-放電循環曲線在電流密度下；（f）12小時前后，鋅空電池點亮車燈的照片。

? ? 5顯示硫/氮雙石墨烯負荷Co9S當8納米顆粒復合材料用作可充電的鋅空電池陰極材料時，顯示1.42V開路電位，72.14mW/cm功率密度2，以及良好的循環穩定性(138h）。制氫電解槽

? ? 6全固態可充電鋅空電池性能：(a)全固態可充電鋅空電池示意；(b)開路電位；(c)充放電曲線及相應的功率密度曲線；(d)2mA/cm充電-放電循環試驗在電流密度下。

? ? 6顯示，為了進一步擴大復合材料的實際應用范圍，組裝了全固態可充電鋅空電池，電池開路電位為1.26V，功率密度為36.2mW/cm2、循環穩定性好。制氫電解槽