锌空气电池。氮掺杂多孔碳（NPC）结构，其具有高度分散的铝基活性位点，氧还原反应

锌空气电池。氮掺杂多孔碳（NPC）结构，其具有高度分散的铝基活性位点，氧还原反应催化。 飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS），证实了带有轴向氮配体的 Al-N4-N 结构单元的存在，这显著提高了催化效率。原位表面增强拉曼光谱（SERS）揭示了速率控制步骤是初始的质子耦合电子转移过程，这一点可以通过与 * O₂⁻ 带相比，*OOH 带的出现延迟得到证明。 高分辨率SECM被用于解析不同电位和温度下的局部反应活性分布，阐明了其电化学特性。将这种合成材料用作液态锌空气电池的阴极时，电池容量达到 750 毫安时每克，功率密度为 144 毫瓦每平方厘米，同时还具有值得称赞的循环稳定性。 此外，所构建的全固态锌空气电池在各种弯曲条件下都表现出出色的循环稳定性，其坚固性以及在柔性储能应用。开发高效可靠锌空气电池。 2.4. 电化学表征 采用旋转环盘电极（RRDE）搭配 CHI-760E 电化学工作站（辰华）进行电化学实验。该旋转环盘电极由面积为 0.1256 平方厘米的玻碳电极和面积为 0.1884 平方厘米的铂环组成，收集效率为 0.424。通过将 490 微升去离子水、490 微升乙醇（中国北京伊诺凯）、20 微升 5% 的 Nafion® 溶液（西格玛奥德里奇）与 2.5 毫克催化剂粉末混合，制备出均匀的催化剂悬浮液。将该混合物进行超声搅拌 30 分钟，以确保催化剂均匀分散。使用美国力可公司的氧化铝抛光粉（粒度分别为 1 微米和 0.3 微米）对电极进行抛光后，再用去离子水清洗。随后，取 5.31 微升制备好的催化剂溶液滴涂在旋转环盘电极的玻碳电极上，使得催化剂负载量为 0.105 毫克每平方厘米。在电化学测试中，Ag/AgCl/3.5M KCl 电极和铂丝分别作为参比电极和对电极。 为了使催化剂稳定，首先让电极在 0 到 1.0 伏的电位区间内以 0.1 伏每秒的扫描速率循环 10 次。在不同的转速（1600、900、400 和 100 转每分钟）下，以 5 毫伏每秒的扫描速率在 0 到 1.0 伏电位区间内获取氧还原反应（ORR）的线性扫描伏安（LSV）极化曲线。在氩气环境下进行背景电流测量。在进行氧还原反应测试之前，用氧气对电解液吹扫至少 30 分钟，以制备出氧气饱和的 0.1M 氢氧化钾溶液。分析在 0 到 1 伏电位窗口内，以 0.1 伏每秒的扫描速率进行 2000 次循环伏安（CV）测试前后所获得的线性扫描伏安数据，以评估催化剂对于氧还原反应的耐久性。单个活性中心的转换频率（TOF）通过以下公式计算：TOF = JkNe / (ωAl × Ccat × NA / MAl) 。其中 Ne = 6.24×10¹⁸，NA = 6.022×10²³，ωAl 表示催化剂中铝的含量，Ccat 表示催化剂负载量，MAl 表示铝的摩尔质量。 2.5. 扫描电化学显微镜（SECM）实验 基本SECM由双恒电位仪、三维定位系统和电化学池组成（中国广东迪韵化学电子）。扫描电化学显微镜探针是一个用玻璃绝缘层包裹的铂盘电极（电极有效面积半径为 25 微米，探针绝缘层半径与电极有效面积半径之比约为 9）。样品电极是涂覆有合成催化剂的玻碳电极。3.5M KCl 溶液中的 Ag/AgCl 电极和铂丝分别作为参比电极和对电极。在含有 0.1M KCl 的 5mM K₃[Fe (CN)₆] 溶液中，通过运行扫描电化学显微镜的反馈模式，将极化电压设为 0.87 伏，从而将探针尖端与样品之间的垂直距离控制在 15 微米。然后在 0.1M KOH 溶液中，结合氧化还原竞争（RC）模式和样品产生 - 探针收集（SG-TC）模式来评估催化剂的氧还原反应活性和选择性。扫描电化学显微镜详细的程序设置参数已在我们之前的报告 [23] 中进行了描述。简单来说，相对于 Ag/AgCl/3.5M KCl，基底电位（Es）持续保持在 0.80 伏、0.75 伏或 0.70 伏。施加到扫描电化学显微镜探针上的脉冲电位（Etip）变化如下：0 伏（持续 0.5 秒）、1.10 伏（持续 0.2 秒）、0.60 伏（持续 0.3 秒）、0 伏（持续 0.5 秒）、1.10 伏（持续 0.2 秒）、0.60 伏（持续 0.3 秒）和 0 伏（持续 0.5 秒）。此外，在整个过程中，通过循环冷却液来调节电化学池的温度。 Modulating oxygen reduction reaction activity in nitrogen-doped porous carbon via Al-N-C incorporation for enhanced performance in liquid and solid-state Zn-air batteries 2025