邵宗平/卜云飞Small：设计锌-空气电池双功能电催化剂的可控双界面工程

锌空气电池（ZABs）的商业应用迫切需要寻找具有高活性和稳定性的双功能无贵金属电催化剂。

在此，南京工业大学邵宗平教授及南京信息工程大学卜云飞教授等人提出了一种可控双界面工程概念，通过简单的KMnO₄蚀刻和湿化学路线设计了一种具有两个精心设计的界面（Ni₃FeN|MnO和MnO|CNTs）的无贵金属双功能催化剂。

MnO和Ni₃FeN之间的异质界面促进了表面反应过程中的电荷转移速率，MnO和碳纳米管 (CNTs) 载体之间的异质界面提供了有效的电子转移路径，而CNTs基底为气体和电解液建立了自由扩散通道。

结果，Ni₃FeN相对OER的活性和MnO对 ORR的活性都得到了优化从而实现了优异的双功能性。同样，MnO表面上的 Ni₃FeN相抑制了Mn离子在充放电循环过程中溶解到电解液中，从而实现了优异的稳定性。

图1. Ni₃FeN/MnO-CNTs催化剂的合成及表征

受益于双界面的优势，Ni₃FeN/MnO-CNTs催化剂表现出优异的ORR和OER催化活性，具有0.73 V的超低极化间隙 (ΔE) 以及更好的耐久性和快速反应动力学。

作为概念证明，具有Ni₃FeN/MnO-CNT的实用ZAB具有197 mW cm^-2的高功率密度和高达40 mA cm^-2的倍率性能及超过600次的卓越循环稳定性，优于基准Pt/C和RuO₂催化剂。这项工作提出了一种可控的双界面工程概念用于调节电荷、电子和气体的转移，以实现ZAB的高效双功能催化剂。

图2. 基于该双功能催化剂的ZAB的电化学性能

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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邵宗平/卜云飞Small：设计锌-空气电池双功能电催化剂的可控双界面工程

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