文档介绍：该【异原子掺杂碳及其复合材料作为锌--空气电池正极催化剂的研究 】是由【niuwk】上传分享，文档一共【4】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【异原子掺杂碳及其复合材料作为锌--空气电池正极催化剂的研究 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。异原子掺杂碳及其复合材料作为锌--空气电池正极催化剂的研究
异原子掺杂碳及其复合材料作为锌--空气电池正极催化剂的研究
摘要：锌-空气电池是一种具有潜力的能量转换和储存技术，但其商业化应用受到电极催化剂的限制。本文综述了近年来异原子掺杂碳及其复合材料作为锌-空气电池正极催化剂的研究进展。首先介绍了锌-空气电池的基本原理和正极催化剂的要求，然后系统综述了异原子掺杂碳及其复合材料在锌-空气电池中的应用研究，包括氮、硼、磷、硫、硅等异原子掺杂碳的制备方法及其在锌-空气电池中的催化性能。最后，总结了异原子掺杂碳及其复合材料作为锌-空气电池正极催化剂研究的现状和存在的问题，并展望了未来的发展方向。
关键词：锌-空气电池；催化剂；异原子掺杂碳；复合材料
引言
锌-空气电池是一种能量转换和储存技术，在可再生能源和便携设备领域具有广泛的应用前景。然而，其商业化应用受到电极催化剂的限制，尤其是正极催化剂的活性和稳定性方面存在挑战。因此，寻找高效、稳定的正极催化剂是提升锌-空气电池性能的关键。
1. 锌--空气电池的基本原理和正极催化剂的要求
锌-空气电池利用锌和空气之间的反应来产生电能。其中正极反应是锌的氧化过程，需要催化剂来降低反应活化能并提高反应速率。因此，正极催化剂是锌-空气电池性能的关键。
正极催化剂需要具备以下特点：(1) 高催化活性，能够加速电极反应的进行；(2) 良好的稳定性，能够抵抗电极反应产生的腐蚀和毒性；(3) 低成本和可持续性，以便商业化应用。
2. 异原子掺杂碳在锌--空气电池中的应用研究
氮掺杂碳
氮掺杂碳具有丰富的活性官能团和较高的电子转移能力，可提高正极催化剂的活性。研究表明，N-C催化剂具有优异的氧还原反应性能和长期稳定性。同时，氮掺杂碳还可以通过调控分子结构和孔隙结构来优化催化剂的性能。
硼掺杂碳
硼掺杂碳具有较大的电子亲和能，可以有效促进氧还原反应。研究表明，B-C催化剂在锌-空气电池中具有良好的催化性能和稳定性。此外，硼掺杂碳还可以通过碳基簇修饰来进一步优化催化剂的性能。
磷掺杂碳
磷掺杂碳具有丰富的缺陷位点和极化基团，可以提高催化剂的活性。研究表明，P-C催化剂在锌-空气电池中表现出优异的电催化性能和长期稳定性。此外，磷掺杂碳还可以与其他异原子元素进行复合，以进一步提高催化剂的性能。
硫掺杂碳
硫掺杂碳具有较好的电子亲和能和高导电性，可以促进氧还原反应的进行。研究表明，S-C催化剂在锌-空气电池中具有优异的催化性能和耐久性。此外，硫掺杂碳还可以与其他催化剂进行复合，以进一步提高催化剂的性能。
硅掺杂碳
硅掺杂碳具有较好的电子转移和催化性能，可以有效降低电极反应的活化能。研究表明，Si-C催化剂在锌-空气电池中表现出优异的催化性能和长期稳定性。此外，硅掺杂碳还可以与其他催化剂进行复合，以进一步提高催化剂的性能。
3. 异原子掺杂碳复合材料在锌-空气电池中的应用研究
除了单一元素掺杂碳，异原子掺杂碳复合材料也被广泛研究用作锌-空气电池正极催化剂。例如，N-S-C复合材料具有较好的电子转移和催化性能，可以有效提高锌-空气电池的性能。
4. 研究现状和存在问题
目前，异原子掺杂碳及其复合材料作为锌-空气电池正极催化剂的研究已取得了一定的进展。然而，仍存在以下问题：(1) 合成方法仍不够简便、快速和可控，需要进一步改进；(2) 催化性能和稳定性仍有提升空间，需要进一步优化材料结构和制备工艺。
5. 发展方向
未来的研究可以从以下几个方面展开：(1) 探索新的异原子掺杂碳材料，进一步提高催化剂的活性和稳定性；(2) 开发新的合成方法，实现异原子掺杂碳材料的可控合成；(3) 进一步研究催化机理，揭示异原子掺杂对催化性能的影响机制；(4) 优化催化剂的结构和制备工艺，提高锌-空气电池的性能。
结论
异原子掺杂碳及其复合材料作为锌-空气电池正极催化剂具有广阔的应用前景。尽管目前还存在一些问题，但通过继续深入研究和改进合成方法，相信异原子掺杂碳及其复合材料催化剂将为锌-空气电池的商业化应用提供有效支持。
参考文献：
1. Li, L.; Dai, L., Recent advances in zinc-air batteries. Chem. Soc. Rev. 2014, 43 (15), 5257-5275.
2. Wang, G.; Zhang, L.; Zhang, J., Advances in atomic-level understanding of Zn/air batteries. Adv. Energy Mater. 2020, 10 (42), 2001377.
3. Li, M.; Zhou, Z., Advances in carbon-based materials for zinc-air batteries. Adv. Mater. 2018, 30 (52), 1705193.
4. Zhang, J.; Zhao, Z.; Xia, Z., Carbon-based metal-free catalysts for oxygen reduction reaction. Chem. Soc. Rev. 2015, 44 (11), 3406-3430.
5. Li, Y.; Gong, M.; Liang, Y.; Feng, J.; Kim, J. E.; Wang, H.; Hong, G.; Zhang, B.; Dai, H., Advanced zinc-air batteries based on high-performance hybrid electrocatalysts. Nat. Commun. 2013, 4, 1805.