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成果简介
锌空气电池（ZAB）引起了极大的兴趣，但它们的广泛应用受到阴极反应缓慢（ORR和OER）的限制。本文，南京工业大学周嵬教授、Zongping Shao等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“N, S co-doped carbon with embedment of FeNi alloy as bifunctional oxygen electrocatalysts for rechargeable Zinc-air batteries”的论文，研究通过引入Fe和Ni来调节原位气相生长碳纳米管，可以轻松制备多功能3D催化剂（FeNi合金/多孔碳）。所制备的催化剂FNSNC73-800具有丰富的介孔、巨大的结构缺陷和多个活性位点，极大地促进了反应过程中氧的传输和电荷转移。
由于出色的ORR和OER性能，FNSNC73-800显示出0.76 V的窄电压间隙（ΔE），优于最近的报道。值得注意的是，使用该催化剂的二次锌空气电池显示出高峰值功率密度（210 mW cm），同时在200小时的长期充放电循环后保持超低电位间隙（0.74 V）。这项工作为设计用于锌空气电池和更多能源设备的经济高效的3D催化剂提供了一种简单的策略。
图文导读
图 1.示意图描述了FNSNC73-800的制备过程。
图2.（a） FNSNC73-800、FNSNC55-800、FNSNC37-800的X射线衍射图。（b） FNSNC73-800、（c） FeSNC-800 和 （d） NiSNC-800 的 SEM 图像。（e–g）FNSNC73-800的透射电镜图像。（h-i）FNSNC73-800的HRTEM图像。（j） FNSNC73-800的元素映射。
图3.（a） FNSNC73-800、FeSNC-800和NiSNC-800的拉曼光谱。（b） FNSNC73-800、FeSNC-800 和 NiSNC-800 的 N2 吸附-解吸等温线、（c） 孔径分布和 （d） XPS 光谱。
图4.（a） ORR电催化性能，（b）相应的Tafel图，以及（c）H2O2（%） 20% Pt/C、FNSNC73-800、FeSNC-800 和 NiSNC-800 在 O 中2-饱和 0.1 M KOH。（d） FNSNC73-800和Pt/C的i-t曲线。
图5. (a) FNSNC73-800和Pt/C + IrO2的电位差。(b) 最近报道的催化剂和FNSNC73-800的ΔE。FNSNC73-800的ORR（c）和OER（d）机制示意图。
图6.（a）自制锌空气电池的原理。（b） 开路电压为1.47V的自制锌空气电池。（c）三个自制电池为LED灯面板供电12小时。（d）充放电极化曲线，（e）放电极化曲线和相应的功率密度曲线，（f）不同电流密度下的放电曲线，（g）使用FNSNC73-800或Pt/C+IrO2的二次锌空气电池的计算比容量和（h）恒电流循环。
小结
综上所述，通过自生长策略合成了3D多孔催化剂FNSNC73-800，其中Fe和Ni元素被还原为FeNi合金，以调节部分碳基质向CNT的转化，同时成功地在整个碳结构中掺杂N和S原子。这项工作旨在为二次锌-空气电池或其他能量转换应用提供一种设计耐用且经济的3D多功能催化剂的可行策略。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.10.047
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