中南/湖南师大Carbon：原位生长的碳纳米管连接 Fe/Cu-NC 多面体用于锌空电池

Fe-N-C催化剂被认为是最有前途的氧还原反应（ORR）非贵金属基催化剂，但其活性位点密度低和电子传输能力不足严重阻碍了其在燃料电池和金属-空气电池中的应用。

在此，中南大学刘洪涛教授，高小惠教授以及湖南师范大学杨亚辉等人将原位生长的碳纳米管（CNTs）连接Fe/Cu-N-C多面体作为锌-空气电池（ZAB）应用的电催化剂。具体而言，得益于多面体高度暴露的活性位点、铁铜诱导原位生长的碳纳米管以及铁、铜双金属对吸附/解吸能量的协同优化，Fe/Cu-N-C电催化剂表现出卓越的氧还原性能。

Fe/Cu-Nx 催化中心的超高活性不仅归功于高含量的吡啶和石墨N，还归功于铁原子中心周围增强的电子密度。结果表明，基于Fe/Cu-N-C的ZAB在峰值功率密度、比容量、能量密度和循环稳定性方面远远优于基于Pt/C的商用 ZAB。

图1. 作用机制

总之，该工作通过设计并研究碳纳米管连接的多面体Fe/Cu-N-C ORR电催化剂。其中多面体结构可暴露更多的活性位点，碳纳米管可以显着加强多面体颗粒之间的电子传输。与Fe-N-C、Cu-N-C和商用Pt/C催化剂相比，Fe/Cu-N-C在KOH水溶液中表现出最佳的ORR电催化能力。通过组装可充电ZAB并测试表明，使用Fe/Cu-N-C ORR催化剂的ZAB远远优于使用商用Pt/C ORR催化剂的ZAB。

因此，通过扩大这种全新的碳纳米管连接多面体Fe/Cu-N-C催化剂的规模，该催化剂有望实现在商业ZAB应用中替代贵金属催化剂。

图2. Fe/Cu-N-C 和 Pt/C 作催化剂的 ZAB的电池性能

In-site grown carbon nanotubes connecting Fe/Cu-N-C polyhedrons as robust electrocatalysts for Zn-air batteries, Carbon 2023 DOI: 10.1016/j.carbon.2023.118365

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