鋅空氣電池（ZABs）具有價(jià)格低廉、安全性能好和能量密度高等優(yōu)勢，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的新一代儲(chǔ)能器件。ZABs性能主要受限于其空氣電極上動(dòng)力學(xué)緩慢的氧還原反應(yīng)（ORR）與氧析出反應(yīng)（OER）及其反應(yīng)物/產(chǎn)物的擴(kuò)散路徑與電子傳輸效率。因此，研發(fā)低成本且高性能的多功能空氣電極應(yīng)用于ZABs，備受科研工作者的關(guān)注。
在碳基底上錨定催化活性物質(zhì)是研發(fā)空氣電極催化劑最有效的方法，其中：碳載原子Fe-N4團(tuán)簇是一類目前最高效的非貴金屬ORR催化劑，碳載FeNi氫氧化物是一類目前最有前景的非貴金屬OER催化劑。因此，二者結(jié)合的復(fù)合催化劑有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)ORR/OER的雙催化功能。石墨烯作為一種典型的碳材料，具有高的比表面積及優(yōu)異的導(dǎo)電性能，在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。其中，三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為電極材料，可大幅縮短擴(kuò)散路徑和降低界面電阻，從而提高儲(chǔ)能器件的性能。
基于此，本工作提出自支撐三維互連石墨烯網(wǎng)絡(luò)錨定Fe-N4團(tuán)簇和FeNi氫氧化物作為空氣電極的策略，通過在泡沫鎳上催化生長石墨烯并將還原氧化石墨烯填充到泡沫孔隙中，形成了一個(gè)傳質(zhì)速率快且高導(dǎo)電性的三維互連石墨烯網(wǎng)絡(luò)，隨后利用該網(wǎng)絡(luò)錨定含有Fe-N4位點(diǎn)（鐵酞菁）和FeNi氫氧化物，分別用于促進(jìn)放電過程中的ORR和充電過程中的OER，實(shí)現(xiàn)高性能多功能空氣電極的構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合理論研究證明了研制的空氣電極在水系和柔性固態(tài)ZABs應(yīng)用上具有良好的實(shí)用性，并揭示其高電催化活性的內(nèi)在原因。
NF@GF/rGO-FePc||FeNi的制備及形貌結(jié)構(gòu)表征
上述研究以“Three-Dimensional Interconnected Graphene Network-Based High-Performance Air Electrode for Rechargeable Zinc-Air Batteries”為題，發(fā)表在SusMat（IF=28.4）上。論文的第一作者為我院2021級(jí)碩士研究生安佳興，通訊作者為我院李金成副教授、昆明理工大學(xué)材料學(xué)院榮菊副教授及中國科學(xué)院金屬研究所劉暢研究員。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（52102046）及云南省優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目（202301AW070016）的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1002/sus2.201
