邵宗平/卜云飞Small: 可控双界面工程用于设计锌-空气电池高效双功能电催化剂

商业可充电锌-空气电池(ZAB)需要具有成本效益的双功能电催化剂，该催化剂对氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)均具有高活性，并且具有出色的耐久性。贵金属基Pt/C和RuO₂/IrO₂分别是最先进的ORR和OER电催化剂，然而，它们的稀缺性和高价格阻碍了它们在商业产品中的实际应用。因此，ZABs迫切需要其他不含贵金属的电催化剂。

近日，南京工业大学邵宗平、南京信息工程大学卜云飞等提出了一种可控双界面工程概念，通过简单的蚀刻和湿化学路线设计了一种具有两个独特的界面(Ni₃FeN|MnO和MnO|CNTs)的无贵金属双功能催化剂。

在具有明确界面的MnO表面生长Ni₃FeN可以抑制MnO在CNT表面的团聚以改善ECSA、调节MnO的电子结构以实现更好的氧吸附能力、提供高效的OER活性位点以及MnO和CNTs载体之间的界面可以促进整个电极中的电子和气体传输速率。

试验结果表明，最佳的 Ni₃FeN/MnO-CNTs实现了超低的极化间隙(ΔE)：ORR和OER之间的电压为0.73 V，而最先进的Pt/C和RuO₂复合物的电压为0.85 V。

将Ni₃FeN/MnO-CNTs应用于ZABs后，Ni₃FeN/MnO-CNTs空气电极显示出高功率密度和放电容量，甚至接近贵金属Pt/C。

此外，Ni₃FeN/MnO-CNTs基可充电ZAB还实现了高达40 mA cm^-2的优异倍率性能和在5 mA cm^-2下连续运行超过200小时(600次循环)的稳定循环性，优于基准Pt/C和RuO₂复合物。

这项工作提出了一种新的双界面策略，为实用的可充电ZABs设备构建高性能且具有成本效益的电催化剂，揭示了其在其他金属-空气电池系统领域的潜在应用前景。

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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邵宗平/卜云飞Small: 可控双界面工程用于设计锌-空气电池高效双功能电催化剂

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