優異的雙功能氧還原反應（ORR）/析氧反應（OER）活性和快速傳質能力是高性能可再充電鋅-空氣電池（ZABs）電催化劑的兩個重要參數。

基于此，澳大利亞格里菲斯大學張山青教授和浙江大學陸俊教授（共同通訊作者）等人報道了一種有效的原子調制和結構設計，以促進ORR/OER電催化劑的雙功能活性和傳質動力學。

所制備的Fe-N@Ni-HCFs催化劑具有增強的雙功能ORR/OER活性和良好的氣-固-液界面，以改善傳質。其具有顯著的功率密度和循環穩定性，優于商業Pt/C+Ir/C基準。

DFT計算，以評估金屬Ni在影響催化性能中的具體作用。理論模型由Ni（111）表面上原子Fe-N₄位點嵌入石墨烯單層膜（Fe-N₄– C||Ni）組成。由于Ni（111）平面與石墨烯具有良好的相容性和較小的晶格失配，因此采用了該平面。與裸露Fe-N₄-C相比，Fe中心的部分態密度（PDOS）在Fe-N₄-C||Ni中呈現負移。在Fe-N₄-C||N上獲得了更高的靠近費米能級的電子態，表明了更高的反應活性和電子遷移率。

此外，Fe-N₄-C||Ni（-1.19 eV）對應的d-帶中心較裸露Fe-N₄-C（-1.00 eV）有向下移動，表明其對含氧中間體的親和力減弱。

電荷密度差顯示，Ni(111)表面和石墨烯壁的電荷重分布顯著，轉移電荷在接口上離域。Bader電荷分析表明，Fe-N₄-C中的Fe原子向周圍的N-C損失了1.09|e|。相比之下，Fe-N₄-C||Ni中的Fe僅損失0.93|e|，表明電子通過界面相互作用或通過石墨烯層從Ni轉移到Fe。電子結構的變化表明對ORR和OER的內在活性的改變。

Atomic Modulation and Structure Design of Fe-N₄ Modified Hollow Carbon Fibers with Encapsulated Ni Nanoparticles for Rechargeable Zn–Air Batteries. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202209273.

https://doi.org/10.1002/adfm.202209273.