用于氧还原反应 (ORR) 和析氧反应 (OER) 的双功能非贵金属催化剂对于可充电锌-空气电池 (ZAB) 的商业化至关重要。然而，制备高活性和耐久的双功能催化剂仍然具有挑战性。
有鉴于此，中国矿业大学（北京）孙春文教授团队，报道了通过原位催化策略合成氮掺杂碳纳米管封装的FeCo纳米颗粒(FeCo NPs-N-CNTs)。由于氮掺杂碳纳米管对FeCo纳米颗粒的封装作用及其多孔结构，该催化剂对ORR表现出高的催化活性以及优异的耐久性。此外，为了提高催化剂的OER 活性，进一步通过原位反应方法将CoFe层状氢氧化物 (CoFe-LDH)与 FeCo NPs-N-CNTs 复合。作为可充电锌-空气电池的正极，可稳定循环100小时，表现出优良的耐久性，在可充电锌-空气电池领域具有广阔的应用前景。
要点一：提出了一种通过原位催化策略合成氮掺杂碳纳米管 (N-CNTs) 的策略。具体而言，在反应过程中，随着 FeCo NPs 的形成，低聚物被原位催化形成 N-CNTs，FeCo NPs 被完全包裹在 N-CNTs 中。在反应后期，由于Zn粒子的蒸发使材料形成大量微孔。对于纳米颗粒，原位封装使其牢固地附着在 N-CNTs 中，且不会形成无效的活性位点，从而大大提高了催化剂的稳定性和活性位点的利用率。
要点二：通过原位反应方法，将具有优异OER活性的CoFe-LDH材料与 FeCo NPs-N-CNTs复合。受益于共存的ORR和OER活性位点，所制备的复合材料（CoFe-LDH@FeCo NPs-N-CNTs）表现出优异的双功能催化活性，其指标ΔE（ΔE=Ej10–E1/2）为0.68 V，远低于商业的复合贵金属基催化剂Pt/C+RuO2（0.74 V）以及大多数报道的电催化剂。
要点三：实验结果表明，基于CoFe-LDH@FeCo NPs-N-CNTs正极的可充电锌-空气电池可输出116 mW cm-2的功率密度，799 mAh g-1zn的高比容量，以及出色的可逆性（在10 mA cm-2下，可稳定循环100 h）。
Zhang, T., Bian, J., Zhu, Y., Sun, C., FeCo Nanoparticles Encapsulated in N-Doped Carbon Nanotubes Coupled with Layered Double (Co, Fe) Hydroxide as an Efficient Bifunctional Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries. Small 2021, 2103737.
DOI：10.1002/smll.202103737
原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202103737
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