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邵宗平/卜云飛Small: 可控雙界面工程用于設(shè)計(jì)鋅-空氣電池高效雙功能電催化劑

商業(yè)可充電鋅-空氣電池(ZAB)需要具有成本效益的雙功能電催化劑，該催化劑對(duì)氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)均具有高活性，并且具有出色的耐久性。貴金屬基Pt/C和RuO₂/IrO₂分別是最先進(jìn)的ORR和OER電催化劑，然而，它們的稀缺性和高價(jià)格阻礙了它們在商業(yè)產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用。因此，ZABs迫切需要其他不含貴金屬的電催化劑。

近日，南京工業(yè)大學(xué)邵宗平、南京信息工程大學(xué)卜云飛等提出了一種可控雙界面工程概念，通過簡單的蝕刻和濕化學(xué)路線設(shè)計(jì)了一種具有兩個(gè)獨(dú)特的界面(Ni₃FeN|MnO和MnO|CNTs)的無貴金屬雙功能催化劑。

在具有明確界面的MnO表面生長Ni₃FeN可以抑制MnO在CNT表面的團(tuán)聚以改善ECSA、調(diào)節(jié)MnO的電子結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)更好的氧吸附能力、提供高效的OER活性位點(diǎn)以及MnO和CNTs載體之間的界面可以促進(jìn)整個(gè)電極中的電子和氣體傳輸速率。

試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的 Ni₃FeN/MnO-CNTs實(shí)現(xiàn)了超低的極化間隙(ΔE)：ORR和OER之間的電壓為0.73 V，而最先進(jìn)的Pt/C和RuO₂復(fù)合物的電壓為0.85 V。

將Ni₃FeN/MnO-CNTs應(yīng)用于ZABs后，Ni₃FeN/MnO-CNTs空氣電極顯示出高功率密度和放電容量，甚至接近貴金屬Pt/C。

此外，Ni₃FeN/MnO-CNTs基可充電ZAB還實(shí)現(xiàn)了高達(dá)40 mA cm^-2的優(yōu)異倍率性能和在5 mA cm^-2下連續(xù)運(yùn)行超過200小時(shí)(600次循環(huán))的穩(wěn)定循環(huán)性，優(yōu)于基準(zhǔn)Pt/C和RuO₂復(fù)合物。

這項(xiàng)工作提出了一種新的雙界面策略，為實(shí)用的可充電ZABs設(shè)備構(gòu)建高性能且具有成本效益的電催化劑，揭示了其在其他金屬-空氣電池系統(tǒng)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景。

A Controllable Dual Interface Engineering Concept for Rational Design of Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Zinc-Air Batteries. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202105604

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