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邵宗平/卜云飛Small：設(shè)計鋅-空氣電池雙功能電催化劑的可控雙界面工程

鋅空氣電池（ZABs）的商業(yè)應(yīng)用迫切需要尋找具有高活性和穩(wěn)定性的雙功能無貴金屬電催化劑。

在此，南京工業(yè)大學(xué)邵宗平教授及南京信息工程大學(xué)卜云飛教授等人提出了一種可控雙界面工程概念，通過簡單的KMnO₄蝕刻和濕化學(xué)路線設(shè)計了一種具有兩個精心設(shè)計的界面（Ni₃FeN|MnO和MnO|CNTs）的無貴金屬雙功能催化劑。

MnO和Ni₃FeN之間的異質(zhì)界面促進了表面反應(yīng)過程中的電荷轉(zhuǎn)移速率，MnO和碳納米管 (CNTs) 載體之間的異質(zhì)界面提供了有效的電子轉(zhuǎn)移路徑，而CNTs基底為氣體和電解液建立了自由擴散通道。

結(jié)果，Ni₃FeN相對OER的活性和MnO對 ORR的活性都得到了優(yōu)化從而實現(xiàn)了優(yōu)異的雙功能性。同樣，MnO表面上的 Ni₃FeN相抑制了Mn離子在充放電循環(huán)過程中溶解到電解液中，從而實現(xiàn)了優(yōu)異的穩(wěn)定性。

圖1. Ni₃FeN/MnO-CNTs催化劑的合成及表征

受益于雙界面的優(yōu)勢，Ni₃FeN/MnO-CNTs催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR和OER催化活性，具有0.73 V的超低極化間隙 (ΔE) 以及更好的耐久性和快速反應(yīng)動力學(xué)。

作為概念證明，具有Ni₃FeN/MnO-CNT的實用ZAB具有197 mW cm^-2的高功率密度和高達40 mA cm^-2的倍率性能及超過600次的卓越循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)于基準(zhǔn)Pt/C和RuO₂催化劑。這項工作提出了一種可控的雙界面工程概念用于調(diào)節(jié)電荷、電子和氣體的轉(zhuǎn)移，以實現(xiàn)ZAB的高效雙功能催化劑。

圖2. 基于該雙功能催化劑的ZAB的電化學(xué)性能

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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