隨著不可再生的化石能源的快速消耗，科學(xué)界正致力于尋求其可替代的新型清潔能源。充電式儲能轉(zhuǎn)換裝置——作為能源生產(chǎn)與應(yīng)用的最基本裝置，它的發(fā)展對于新型能源體系的發(fā)展來說是非常重要的。鋅-空氣電池是一種可持續(xù)的充電式電池，它具有能量密度高、放電電壓穩(wěn)定的特點(diǎn)。而且地殼中鋅的含量豐富，所以鋅-空氣電池還是一種廉價(jià)的、環(huán)保無毒型的充電電池。但是鋅-空氣電池發(fā)展的主要挑戰(zhàn)在于缺乏**的空氣負(fù)極，這也限制了它的實(shí)際應(yīng)用和大規(guī)模發(fā)展。所以，迫切需要新型負(fù)極材料來加速由OER和ORR驅(qū)動的負(fù)極緩慢動力學(xué)并提高電池循環(huán)穩(wěn)定性。

目前，所采用的負(fù)極材料多為Pt、Ir或它們的合金，負(fù)極材料成本過高以及有限的穩(wěn)定性限制了其商業(yè)化。因此，尋找具有良好耐久性和高電催化活性，同時(shí)能降低ORR/OER（氧還原/析氧反應(yīng)）過電位和提高體系穩(wěn)定性的雙功能廉價(jià)電催化劑材料是一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

圖1. 中空碳納米球負(fù)載高活性Fe-N_x催化點(diǎn)位（Fe-N_x-HCS）的合成示意圖

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

南通大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院的李奇等人研究了一種新型的由離子液體合成的中空碳納米球負(fù)載高活性Fe-N_x催化點(diǎn)位材料。圖1展示了一種由含鐵離子液體(Fe-ILs)作為鐵源，在空心碳納米球上制備大量鐵原子活性位點(diǎn)（Fe-N₄和Fe₃）的簡便方法。

圖2. PS的(a,b)SEM圖，PS@Fe-ILs@PPy的(e,f)TEM圖，Fe-Nx-HCS的(c, d)SEM圖，(g,h,i)TEM圖，(j) HAADF-STEM圖，(k) STEM-EDX譜

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

圖3. 制備的Fe-N_x-HCS的化學(xué)環(huán)境和成分分析

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

Fe-IL由咪唑陽離子和鐵氰化物陰離子組成，能保證Fe離子在前驅(qū)體中的均勻分散。含Fe前驅(qū)體具有清晰的層次結(jié)構(gòu)，無需后處理即可直接轉(zhuǎn)化為Fe-N_x-HCS。將鐵離子整合到鐵氰化物陰離子的結(jié)構(gòu)中，不僅消除了鐵的聚集，而且**限度地提高了原子轉(zhuǎn)換效率（100%）。

圖4. Fe-N_x-HCS的組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

圖5. 所制備的Fe-N_x-HCS催化劑的ORR和OER性能的評估

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

雙功能Fe-N_x-HCS電催化劑在電解液中對ORR和OER均表現(xiàn)出**的催化性能。用該混合催化劑制備的鋅空氣電池裝置具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖6. 用Fe-N_x-HCS和Pt/C制備鋅空氣電池的性能

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

這項(xiàng)工作為**的二次充能儲能/轉(zhuǎn)化裝置中**雙功能催化劑的**設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720317848

原文作者：

Tian Qin, Jun Zhao, Rongwei Shi, Cunwang Ge and Qi Li

DOI: 10.1016/j.cej.2020.125656

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