西工大蒋建军教授团队Small：具有双功能氧电催化剂的Janus中空纳米纤维用于可充电锌空气电池

2022-03-27 来源：高分子科技

随着经济的快速发展，对环境友好型和可再生能源的需求日益增加。锌空气电池具有理论能量密度高，成本低，安全性高等特点而备受关注。由于析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）动力学迟缓，需要较大过电位来促进OER和 ORR反应发生。因此，设计高效及稳定的双功能催化剂来降低充放电过程中能量势垒，成为该领域的重要研究课题。

近期，西北工业大学蒋建军教授与丹麦技术大学张文静副教授合作在《Small》期刊上发表了题为“Janus Hollow Nanofiber with Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Battery”的文章（doi.org/10.1002/smll.202200578）。为制备高效及稳定的双功能催化剂，该课题组采用同轴纺丝和原位生长技术制备了三维(3D)柔性Janus状电催化剂。所得Janus纳米纤维具有独特的核壳中空纤维结构，其中N掺杂碳纳米带负载的NiFe合金电催化剂位于碳层内壁，叶状Co-N纳米片锚定在碳层外壁。得益于其独特的中空Janus结构，该纤维催化剂表现出优异的双功能催化性能，10 mA cm^-2时OER电位和ORR半波电位间电势差仅为0.73V，可以与20% Pt/C和RuO₂混合后的商业催化剂相媲美。最后，构建了可充电锌空气电池，并显示出1.44 V的高开路电压、高功率密度（130 mW cm^-2）和能量密度（874 Wh kg^-1）。该研究为构建选择性双功能材料提供了一种新的理念和有效的策略。

图1. 制备过程示意图

图2. 中空Janus纤维形貌及其催化性能

图3. 中空Janus纤维催化剂作为锌空气电池空气电极的充放电性能

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202200578

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（责任编辑：xu）

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