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西工大蔣建軍教授團(tuán)隊(duì)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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對環(huán)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(diǎn)而備受關(guān)注。由于析氧反應(yīng)（OER）和氧還原反應(yīng)（ORR）動(dòng)力學(xué)遲緩，需要較大過電位來促進(jìn)OER和 ORR反應(yīng)發(fā)生。因此，設(shè)計(jì)高效及穩(wěn)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(lǐng)域的重要研究課題。


  近期，西北工業(yè)大學(xué)蔣建軍教授與丹麥技術(shù)大學(xué)張文靜副教授合作在《Small》期刊上發(fā)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(wěn)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(shù)制備了三維(3D)柔性Janus狀電催化劑。所得Janus納米纖維具有獨(dú)特的核殼中空纖維結(jié)構(gòu)，其中N摻雜碳納米帶負(fù)載的NiFe合金電催化劑位于碳層內(nèi)壁，葉狀Co-N納米片錨定在碳層外壁。得益于其獨(dú)特的中空Janus結(jié)構(gòu)，該纖維催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化性能，10 mA cm-2時(shí)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(yè)催化劑相媲美。最后，構(gòu)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(gòu)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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