新策略，双功能高活性！Energy Environ. Sci.发表昆明理工大学/中科院金属所/香港科技大学最新电催化科研进展！

文摘 2024-11-01 09:30 北京

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论文拟解决的关键挑战：

可充电锌-空气电池（ZABs）是一种极具发展前景的新一代能源器件，其性能很大程度上取决于空气阴极的氧还原和析氧反应（ORR/OER）。然而，由于金属纳米颗粒会发生Ostwald熟化和迁移-聚结，在催化剂中想要同时获得高浓度的Co/Fe-N_x和CoFe纳米颗粒是一个很大的挑战。此外，大多数报道的催化剂都是粉末材料，当其组装起来用于空气电极时，会涉及催化剂墨水的制备和涂覆，其会堵塞孔隙，掩盖活性组分，增加界面电阻，降低电池性能。

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图文简介：

针对上述挑战，昆明理工大学的李金成教授、荣菊教授、中国科学院金属研究所的刘畅教授和香港科技大学的邵敏華教授等人在Energy & Environmental Science发表论文，该团队提出了一种创新的热蒸发捕获协同策略来制备CoFe-NP||SA/NCFC膜，通过将CoFe氧化物（Co_xFe_yO）在柔性N掺杂碳纤维布（NCFC）上不完全热蒸发来缩小CoFe纳米颗粒的尺寸，同时通过在N掺杂位点捕获蒸发的Co/Fe来形成Co/Fe-N_x位点。

CoFe-NP||SA/NCFC膜具有独特结构，呈现出三维有序排列的微尺寸中空碳纤维网络，加速了电子转移，并缩短传质途径。此外，丰富的Fe/Co-N_x原子位和纳米级核壳Co₃Fe₇-CoFe₂O₄物质增强了CoFe-NP||SA/NCFC对ORR和OER的催化活性。

原位拉曼光谱分析表明，在CoFe₂O₄上发生了OER过程，没有出现氧化物等Co/Fe基重构物质。

由于其具备独特的结构和ORR/OER双活性组分，这种柔性电催化剂CoFe-NP||SA/NCFC可直接作为氧电极，具有0.542 V的超低电位隙、较大的峰值功率密度(液态ZAB: 237.4 mW cm^-2，固态ZAB: 141.1 mW cm^-2)和超长寿命的充放电循环稳定性，1000次循环后不衰减。

这项工作提供了一种创新的策略，并对相关机制提出了重要新见解，有助于指导ZABs的发展。

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