Applied Catalysis B: Environmental：具有高效电催化氧还原的N、S共掺杂碳分支超结构中的Co和MnO界面工程用于稳健的锌空气电池

Nanoyu

2021-05-03

传统化石燃料的过度消费和相关的环境问题刺激了人们开发下一代可持续能源储存和转换技术，例如燃料电池和金属-空气电池。对于这些可再生器件，其能量效率和功率密度严重受制于具有多电子转移过程的阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学。迄今为止，贵金属Pt基纳米材料仍然被认为是性能最好的ORR电催化剂。遗憾的是，其高成本、稀缺性和较差的耐久性不可避免地阻碍了其广泛实际应用。因此，开发经济高效的ORR电催化剂对于快速推进一系列与ORR相关的能量转换技术至关重要。

近日，南京师范大学唐亚文教授，徐林副教授，东南大学黄凯副教授报道了一种可行的电纺-热解方法将Co/MnO异质纳米颗粒原位锚定到N,S共掺杂的碳纳米管/纳米纤维集成的分级分枝超结构上（Co/MnO@N，S-CNT/CNFs）上。

文章要点

1）这种独特的超结构设计具有以下几个特点：i）Co/MnO纳米界面的形成可以有效地调节反应中间产物的电子结构，优化反应中间产物的化学吸附自由能，从而极大地提高本征活性；ii）CNT/CNFs耦合的分层分支结构提供了更大的可及表面积，丰富了质量扩散通道，以及有效的电子转移通道，显著地加快了反应动力学的速度； iii）将分散良好的Co/MnO纳米颗粒原位锚定在导电碳基体上，可以显著降低接触电阻，使活性组分更加稳定，大大提高了电子转移效率，同时增强了结构的稳定性。

2）得益于组成协同效应和结构优势Co/MnO@N,S-CNT/CNFs具有优异的ORR活性（半波电位为0.84V）、优异的甲醇耐受性和在KOH电解液中的长期稳定性。

3) 作为概念验证，使用Co/MnO@N,S-CNT/CNFs+RuO₂作为空气阴极的可充电水系和柔性全固态锌空气电池（ZABs）具有更高的功率密度、更大的比容量和出色的循环稳定性，优于最先进的Pt/C+RuO₂电池。

参考文献

Zhou Q, Hou S, Cheng Y , Sun R, Shen W, Tian R, Y ang J, Pang H, Xu L, Huang K, T ang Y , Interfacial engineering Co and MnO within N,S co-doped carbon hierarchical branched superstructures toward high-efficiency electrocatalytic oxygen reduction for robust Zn-air batteries, Applied Catalysis B: Environmental (2021),

DOI：10.1016/j.apcatb.2021.120281

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120281