可充電鋅-空氣電池(ZABs)由于具有成本低、環境友好和理論能量密度高(1084 Wh kg^-1)等優點，被認為是滿足未來能源需求的有前景的技術。然而，由于涉及多電子轉移反應途徑，ZABs空氣陰極的氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)兩個關鍵反應需要高能量輸入，并且動力學緩慢嚴重限制了ZABs的實際應用。因此，開發具有低成本和優異雙功能催化活性的電催化劑具有重要意義。

近日，華東師范大學黃愛生和中科院福建物構所溫珍海等通過熱解共價連接的COF@ZIF-67來制造核殼碳基雜化物(H-NSC@Co/NSC)作為ORR和OER的高效雙功能電催化劑。

H-NSC@Co/NSC具有獨特核殼結構，包含COF衍生的中空N、S共摻雜碳(H-NSC)核和ZIF-67衍生的嵌有Co納米顆粒(NPs)的碳基質(Co/NSC)的殼。COF核內的空腔具有低密度和高滲透性，有利于擴散動力學，并使得活性位點對周圍反應物的具有高可及性；ZIF-67衍生的具有穩定結構的Co/NSC殼對催化OER/ORR具有高活性。

此外，包裹在N，S共摻雜碳基質中的Co NPs可以有效地避免Co NPs的團聚，保護Co NPs免受電解質的侵蝕。

源自獨特的中空結構以及碳基體和嵌入的Co NPs之間的強協同效應，核殼H-NSC@Co/NSC雜化物在OER和ORR中表現出優異的雙功能電催化活性。H-NSC@Co/NSC組裝的ZABs可以表現出204.3 mW cm^-2的高功率密度、較小的充放電電壓差和優異的循環穩定性，超過了與Pt/C+RuO₂組裝的ZABs。

密度泛函理論(DFT)計算表明，嵌入的Co納米粒子(NPs)可以有效地調節Co/NSC殼上碳骨架的電子結構，促進氧中間體的吸附并提高催化活性。因此，通過COFs和MOFs的合理雜化以設計具有雙功能活性的高效碳基電催化劑是可行的，這為設計用于能量轉換和存儲的高效電催化劑提供一種策略。

Core-Shell Carbon-Based Bifunctional Electrocatalysts Derived from COF@MOF Hybrid for Advanced Rechargeable Zn-Air Batteries. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202018