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ACS Nano：分層組裝的氮氧化鈷納米棒和N摻雜碳納米纖維用于高效的雙功能氧電催化，具有出色的再生效率

氧基電催化是清潔和可持續能源轉換/儲存系統的一個組成部分，但是開發具有高活性和耐用性的經濟型雙功能可逆電催化劑還面臨巨大挑戰。其中，最關鍵是定制的多孔結構和單獨呈現的用于氧還原和析氧反應（ORR和OER）的活性中心沒有相互干擾。近日，韓國科學技術學院（KIST）Jin Young Kim和韓國科學技術高等研究院（KAIST）Il-Doo Kim（共同通訊作者）等人報道了一種由在N摻雜碳納米纖維（NCNF）上垂直生長的鞘核氧氮化鈷（CoO_x@CoN_y）納米棒組成的雜化材料。

圖1 性能對比

刷子似的CoOx@CoNy 由金屬Co4N核和氧化表面組成的納米棒在堿性介質中表現出優異的OER活性（10 mA cm 2時E=1.69 V）。由金屬Co₄N核和氧化表面組成的刷子狀CoO_x@CoN_y納米棒在堿性介質中表現出優異的OER活性，在電流密度為10 mA cm^-2時，電壓（E）為1.69 V。

圖2 材料的制備與表征

雖然原始的NCNF或CoO_x@CoN_y在ORR中，單獨的催化活性較差，但雜化材料的ORR性能顯著提高（電流密度為3 mA cm^-2時，E=0.78 V）。通過實驗結果與密度泛函理論（DFT）計算相結合，證實了具有氧化皮層的CoO_x@CoN_y納米棒的較寬比表面積提高了催化OER性能，而ORR中間體的容易吸附和快速界面電荷轉移發生在CoO_x@CoN_y納米棒和導電NCNF之間的界面。此外，CoO_x@CoN_y/NCNF催化劑中獨立的催化活性位點在往返ORR/OER過程中持續再生和維持，不會相互干擾，從而保證鋅-空氣電池穩定的運行。

圖3 ORR和OER催化性能

Hierarchically Assembled Cobalt Oxynitride Nanorods and N-Doped Carbon Nanofibers for Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis with Exceptional Regenerative Efficiency.?ACS Nano,?2021, DOI: 10.1021/acsnano.0c09905.

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09905.

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