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西工大蔣建軍教授團隊Small：具有雙功能氧電催化劑的Janus中空納米纖維用于可充電鋅空氣電池

2022-03-27 來源：高分子科技

隨著經濟的快速發展，對環境友好型和可再生能源的需求日益增加。鋅空氣電池具有理論能量密度高，成本低，安全性高等特點而備受關注。由于析氧反應（OER）和氧還原反應（ORR）動力學遲緩，需要較大過電位來促進OER和 ORR反應發生。因此，設計高效及穩定的雙功能催化劑來降低充放電過程中能量勢壘，成為該領域的重要研究課題。

近期，西北工業大學蔣建軍教授與丹麥技術大學張文靜副教授合作在《Small》期刊上發表了題為“Janus Hollow Nanofiber with Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Battery”的文章（doi.org/10.1002/smll.202200578）。為制備高效及穩定的雙功能催化劑，該課題組采用同軸紡絲和原位生長技術制備了三維(3D)柔性Janus狀電催化劑。所得Janus納米纖維具有獨特的核殼中空纖維結構，其中N摻雜碳納米帶負載的NiFe合金電催化劑位于碳層內壁，葉狀Co-N納米片錨定在碳層外壁。得益于其獨特的中空Janus結構，該纖維催化劑表現出優異的雙功能催化性能，10 mA cm^-2時OER電位和ORR半波電位間電勢差僅為0.73V，可以與20% Pt/C和RuO₂混合后的商業催化劑相媲美。最后，構建了可充電鋅空氣電池，并顯示出1.44 V的高開路電壓、高功率密度（130 mW cm^-2）和能量密度（874 Wh kg^-1）。該研究為構建選擇性雙功能材料提供了一種新的理念和有效的策略。

圖1. 制備過程示意圖

圖2. 中空Janus纖維形貌及其催化性能

圖3. 中空Janus纖維催化劑作為鋅空氣電池空氣電極的充放電性能

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202200578

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（責任編輯：xu）

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