富勒烯和金属卟啉的超分子组合改善锌空气电池功能

锌空气电池是一种廉价、功能强大的电池替代品，可小规模用于为电子设备供电，或大规模用于电动汽车或储能。当空气中的氧气氧化锌时，这些电池就能工作，但氧气活化的困难会降低电池的性能，阻碍了它们的广泛商业应用。

2月26日发表在《CarbonFuture》杂志上的一篇论文中提供的信息表明，添加富勒烯衍生的碳材料作为催化剂如何能够提高锌空气电池的性能、稳定性和成本。

“锌-空气电池中氧活化、氧与氧键断裂以及氧还原过程中氧化物去除困难导致动力学特性缓慢，限制了其在商业领域的应用，”该校教授李芳芳说。华中科技大学材料科学与工程学院，位于中国武汉。

“碳基非贵金属催化剂由于其大比表面积、高导电性、优异的机械性能以及电化学环境中优异的稳定性，被认为是有前途的氧还原反应材料。”

富勒烯是碳的同素异形体，具有足球形状的封闭笼结构。纯富勒烯的电导率不足，限制了电子转移，但源自富勒烯的晶体具有改进的比表面积、电导率和活性位点。富勒烯晶体是通过称为液-液界面沉淀的过程产生的。在此过程中，富勒烯溶解在两种不同的溶剂中，并在两种液体的界面处形成晶体。

研究人员随后创造了一种将富勒烯晶体与金属卟啉(一种具有独特结构的分子)相结合的超分子。他们创建了这种超分子的四个版本，试图将其优化至最佳性能。将三个样品加热到不同的温度(700°C、800°C和900°C)，然后最终样品也加热到800°C，但与其他未采用液-液界面沉淀法的样品混合方式不同。

在测试富勒烯-金属卟啉超分子的性能之前，研究人员通过扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和其他测量研究了样品的结构特征。他们发现液-液界面沉淀法增加了缺陷，从而改善了氧还原反应的性能。

他们还一致发现，加热到800°C的超分子比实验过程中测试的其他超分子性能更好，并且他们继续在实际应用中测试这种超分子。

为了测试富勒烯-金属卟啉超分子的性能，研究人员使用富勒烯-金属卟啉作为阴极构建了自制的锌空气电池。

“结果凸显了富勒烯-金属卟啉表现出的卓越的长期稳定性。富勒烯-金属卟啉优化的锌空气电池性能强调了超分子强大而持久的电催化性能。这种高功率密度和扩展稳定性的结合使富勒烯-金属卟啉衍生的碳材料作为锌空气电池实际应用中非常有前景的催化剂，”李说。