中国石油大学杨帆/李永峰AFM：构建铁-钴氧化物和氮掺杂碳纤维上的铁单原子位点来调控氧电催化性能，用于高效的锌-空气电池

催化进展 · 公众号 · · 2025-03-17 19:07

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第一作者： Kexin Wei

通讯作者：李永峰、杨帆

通讯单位：中国石油大学

研究背景与内容

具有可逆氧还原反应（ ORR ）和析氧反应（ OER ）的双功能氧电催化性能的非贵金属材料的设计与制造一直是锌空气电池领域的研究热点。

本文采用静电纺丝和吡咯原位聚合耦合热解的方法，合成了一种以氧化铁钴粒子（ FeCoO _x ）和 Fe-N _x 位点催化剂固定的层次化纳米碳纤维。

研究要点

要点 1. 本文采用原位聚合策略高效快速地合成了一种层状碳纤维催化剂（ FeCoO _x /Fe ─ N ─ C ）。 FeCoO _x /Fe ─ N ─ C 表现出优异的双功能电催化性能（ E _1/2 = 0.91 V ， �� ₁₀ = 350 mV ）。采用 FeCoO _x /Fe ─ N ─ C 的液锌 - 空气电池具有 184.8 mW cm ⁻² 的高功率和超过 580 次的稳定循环能力。

要点 2 . 密度泛函理论计算表明，铁钴氧化物的加入改善了催化剂的金属性质，诱导了 Fe-N _x 位点的电子密度重新分布，使 Fe 的 d 带中心更接近费米能级（ E _f ），提高了催化剂内部的轨道能级，并优化了对 *OH 等中间体的吸附特性。

图 1 ： a) FeCoO _x /Fe ─ N ─ C 的合成过程示意图。 b) FeCoO _x /Fe ─ N ─ C 的 SEM 图像。 C - f) FeCoO _x /Fe ─ N ─ C 的 TEM 和 HRTEM 图像。 g) HAADF-STEM 图像显示 Fe 单原子。 h) 对应的 EDS 元素映射。

图 3 ： a) 0.1 KOH 下的 LSV 。 b) 1 m KOH 下的 LSV 。 c) n 和 H ₂ O ₂ 产率（ % ）。 d) 和 e) 相应的 Tafel 图。 f) 0.4 V 与 RHE 电位下的计时电流测试。 g) ORR 和 OER 中的 LSV 。 h) 0.1 KOH 时 E _1/2 和 Eonset 。 i) OER/ORR 活性与文献中代表性电催化剂的比较。

参考文献： Kexin Wei, Fan Yang, Yang Sun. et al. Tailoring Oxygen Electrocatalytic Performance via Construction of Iron-Cobalt Oxides and FeN ₄ Sites on Hierarchical Carbon Fibers for Efficient Zinc–Air Batteries. Advanced Functional Materials . (202 5 ).

文献链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202422039

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