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?中南/湖南師大Carbon：原位生長的碳納米管連接 Fe/Cu-NC 多面體用于鋅空電池

Fe-N-C催化劑被認為是最有前途的氧還原反應（ORR）非貴金屬基催化劑，但其活性位點密度低和電子傳輸能力不足嚴重阻礙了其在燃料電池和金屬-空氣電池中的應用。

在此，中南大學劉洪濤教授，高小惠教授以及湖南師范大學楊亞輝等人將原位生長的碳納米管（CNTs）連接Fe/Cu-N-C多面體作為鋅-空氣電池（ZAB）應用的電催化劑。具體而言，得益于多面體高度暴露的活性位點、鐵銅誘導原位生長的碳納米管以及鐵、銅雙金屬對吸附/解吸能量的協同優化，Fe/Cu-N-C電催化劑表現出卓越的氧還原性能。

Fe/Cu-Nx 催化中心的超高活性不僅歸功于高含量的吡啶和石墨N，還歸功于鐵原子中心周圍增強的電子密度。結果表明，基于Fe/Cu-N-C的ZAB在峰值功率密度、比容量、能量密度和循環穩定性方面遠遠優于基于Pt/C的商用 ZAB。

圖1. 作用機制

總之，該工作通過設計并研究碳納米管連接的多面體Fe/Cu-N-C ORR電催化劑。其中多面體結構可暴露更多的活性位點，碳納米管可以顯著加強多面體顆粒之間的電子傳輸。與Fe-N-C、Cu-N-C和商用Pt/C催化劑相比，Fe/Cu-N-C在KOH水溶液中表現出最佳的ORR電催化能力。通過組裝可充電ZAB并測試表明，使用Fe/Cu-N-C ORR催化劑的ZAB遠遠優于使用商用Pt/C ORR催化劑的ZAB。

因此，通過擴大這種全新的碳納米管連接多面體Fe/Cu-N-C催化劑的規模，該催化劑有望實現在商業ZAB應用中替代貴金屬催化劑。

圖2. Fe/Cu-N-C 和 Pt/C 作催化劑的 ZAB的電池性能

In-site grown carbon nanotubes connecting Fe/Cu-N-C polyhedrons as robust electrocatalysts for Zn-air batteries, Carbon 2023 DOI: 10.1016/j.carbon.2023.118365

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