氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）是燃料電池和金屬空氣電池等能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中一個非常重要的基本反應(yīng)。近些年發(fā)展的氮摻雜碳材料因可以實現(xiàn)較高的ORR活性，且價格低廉、原料來源豐富，在能源儲存及轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力。而較低的氮含量以及單一的活性物種限制了氮摻雜碳材料在金屬空氣電池中的實際應(yīng)用。大量的研究轉(zhuǎn)而尋找具有更高氮含量的替代品，實驗表明氮化碳聚合物（g-C3N4）具有豐富的氮活性位點，但是導(dǎo)電性差、比表面積小等特征不利于該類材料在電催化及金屬空氣電池中的應(yīng)用。
針對這些問題，中佛羅里達(dá)大學(xué)的Wenhan Niu博士和Yang Yang教授等人利用自上而下的合成方法制備出非晶CoSx納米顆粒修飾的g-C3N4催化劑，并將其應(yīng)用于電催化和金屬空氣電池中（圖1）。他們首先通過高溫條件下氧氣刻蝕的方法合成出具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的g-C3N4，然后進一步將g-C3N4與石墨烯混合，經(jīng)過硫化等步驟制備出非晶CoSx修飾的g-C3N4催化劑。其中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠為g-C3N4提供較大的表面積以及反應(yīng)分子傳輸通道，同時CoSx在最大程度上提高了g-C3N4表面的導(dǎo)電性，并實現(xiàn)了g-C3N4在ORR和OER中的雙功能催化作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Energy Materials 上，Wenhan Niu博士為論文的第一作者，中佛羅里達(dá)大學(xué)的Zhao Li和Kyle Marcus對該工作做出了同等貢獻。
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