成果简介
以生物质废弃物为原料制备的无金属碳材料因其极低的成本和良好的稳定性，被认为是氧还原反应（ORR）领域中具有应用前景的电催化剂。本文，郑州大学赵艺阁副教授团队在《ChemElectroChem》期刊发表名为“Watermelon Peel-Derived Nitrogen-Doped Porous Carbon as a Superior Oxygen Reduction Electrocatalyst for Zn−air Batteries”的论文，研究通过简单的化学方法开发了一种西瓜皮衍生的氮掺杂分级多孔碳 (N-WPAC) 催化剂，无需额外的模板。
与商用Pt/C催化剂相比，N-WPAC催化剂表现出优异的 ORR 活性和更出色的耐久性。N-WPAC优异的ORR性能主要归功于其具有丰富缺陷的分层多孔碳结构，这有利于暴露足够的活性位点并加速传质过程。此外，基于N-WPAC的锌空气电池显示出卓越的放电性能，这与基于Pt/C的锌空气电池接近。这项工作拓宽了研究视野，以通过一种简便且可扩展的方法设计源自生物质废物的高效 ORR 催化剂。
图文导读
图1。（a） N-WPAC的图解合成；
（b-d）WPC、WPAC和N-WPAC的SEM图像；
（e-f）不同放大倍数的N-WPAC的TEM图像；
（g） N-WPAC的SEM图像及其对应的EDX元素映射。
图2。（a） WPC、WPAC和N-WPAC的XRD光谱、（b）拉曼光谱和（c）XPS光谱；（d） N-WPAC的xpsn1s光谱；（e） N2吸附/脱附等温线；（f） 孔径分布
图3、（a） 塔菲尔曲线图；（b） 用等效电路图拟合奈奎斯特图；（c） 通过N-WPAC互连多孔结构的ORR工艺示意图
图4。（a） 在0.7V（vs.RHE）和900 rpm下测量的计时电流响应；（b-c）ORR稳定性试验前和ORR稳定性试验后N-WPAC的TEM图像；（d） 甲醇耐受性试验
图5。（a） ZAB的示意图；（b） 开路图；（c） 放电极化曲线和相应的功率密度曲线；（d） 不同电流密度下的恒流放电曲线；（e） 长时间流量曲线；（f） 由两个系列基于N-WPAC的液体ZAB驱动的红色LED灯的图像；（g） 基于N-WPAC的ZAB 20 mA cm-2下的比容量和（h）能量密度图。
小结
综上所述，本文以生物质废料（西瓜皮）为原料，通过简单的KOH活化和尿素后处理方法合成了N-WPAC催化剂。N-WPAC催化剂具有高比表面积的分级多孔结构。此外，基于N-WPAC的ZAB显示出优异的放电性能，接近基于Pt/C的ZAB，证明了其在一些移动和便携式设备中的实际应用潜力。本文为通过可扩展和可行的方法设计来自生物质废物的优质ORR催化剂打开了思路
文献：
https://doi.org/10.1002/celc.202101339
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