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邵宗平/卜云飛Small: 可控雙界面工程用于設計鋅-空氣電池高效雙功能電催化劑

商業可充電鋅-空氣電池(ZAB)需要具有成本效益的雙功能電催化劑，該催化劑對氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)均具有高活性，并且具有出色的耐久性。貴金屬基Pt/C和RuO₂/IrO₂分別是最先進的ORR和OER電催化劑，然而，它們的稀缺性和高價格阻礙了它們在商業產品中的實際應用。因此，ZABs迫切需要其他不含貴金屬的電催化劑。

近日，南京工業大學邵宗平、南京信息工程大學卜云飛等提出了一種可控雙界面工程概念，通過簡單的蝕刻和濕化學路線設計了一種具有兩個獨特的界面(Ni₃FeN|MnO和MnO|CNTs)的無貴金屬雙功能催化劑。

在具有明確界面的MnO表面生長Ni₃FeN可以抑制MnO在CNT表面的團聚以改善ECSA、調節MnO的電子結構以實現更好的氧吸附能力、提供高效的OER活性位點以及MnO和CNTs載體之間的界面可以促進整個電極中的電子和氣體傳輸速率。

試驗結果表明，最佳的 Ni₃FeN/MnO-CNTs實現了超低的極化間隙(ΔE)：ORR和OER之間的電壓為0.73 V，而最先進的Pt/C和RuO₂復合物的電壓為0.85 V。

將Ni₃FeN/MnO-CNTs應用于ZABs后，Ni₃FeN/MnO-CNTs空氣電極顯示出高功率密度和放電容量，甚至接近貴金屬Pt/C。

此外，Ni₃FeN/MnO-CNTs基可充電ZAB還實現了高達40 mA cm^-2的優異倍率性能和在5 mA cm^-2下連續運行超過200小時(600次循環)的穩定循環性，優于基準Pt/C和RuO₂復合物。

這項工作提出了一種新的雙界面策略，為實用的可充電ZABs設備構建高性能且具有成本效益的電催化劑，揭示了其在其他金屬-空氣電池系統領域的潛在應用前景。

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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