Advanced Science: 源自氧化石墨烯的N掺杂碳纳米管嵌入FeCo纳米颗粒，作为双功能空气电极催化剂

由于日益严重的环境问题和全球能源需求的快速增长，寻找新型和可替代的能源转换和存储设备已引起全球的关注。可充电锌空气电池（ZABs）由于其理论能量密度高（1084 Wh kg^-1），金属锌成本低，对环境友好以及安全特性而备受瞩目。然而，在ZABs阳极上发生的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的反应动力学缓慢，对其广泛应用造成了很大的限制。由于贵金属基材料价格高、耐久性差，因此必须开发成本低、效率高的ZABs双功能催化剂。

有鉴于此，华南理工大学蒋仲杰教授、太原理工大学郝晓刚教授、江南大学王利魁、浙江理工大学蒋仲庆教授、宋昌盛等人，报道了一种新的方法来生产嵌入N、P共掺杂碳包覆的N掺杂碳纳米管的FeCo合金纳米颗粒(NPs) (NPC/FeCo@NCNTs)，其中NCNTs由氧化石墨烯纳米片和三聚氰胺衍生而来。

本文要点

1）三聚氰胺-GO-PS-Fe-Co复合物是通过三聚氰胺，GO，PS（聚苯乙烯球）、FeCl₃和Co(NO₃)₂之间的强复杂相互作用（例如，静电相互作用，共价键和配位键）获得的。

具体而言，NCNT的合成是通过煅烧吸附有Fe³⁺，Co²⁺和三聚氰胺的氧化石墨烯包覆的聚苯乙烯球体来进行的，在此过程中，氧化石墨烯转化为碳纳米管，同时将氮掺杂到石墨结构中。

2）当NPC/FeCo@NCNT作为ORR和OER的双功能催化剂时，其电催化性能得到了极大的改善。特别是，NPC/FeCo@NCNT只需要339.5 mV的过电位就可以为OER提供10 mA cm⁻²的电流密度，并显示出0.92 V的启动电位来驱动ORR。

3）更令人印象深刻的是，NPC/FeCo@NCNT的双功能活性参数(ΔE)低至0.741 V，表明其双功能催化活性优于目前报道的大多数双功能电催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，FeCo NPs和NCNT之间的相互作用以及N、P共掺杂碳结构的存在对NPC/FeCo@NCNT的高催化性能起着重要作用。重要的是，NPC/FeCo@NCNT被证明在提高液体和全固态锌空气电池的性能方面具有巨大的潜力。

参考文献：

Xiaoqiong Hao et al. N‐Doped Carbon Nanotubes Derived from Graphene Oxide with Embedment of FeCo Nanoparticles as Bifunctional Air Electrode for Rechargeable Liquid and Flexible All‐Solid‐State Zinc–Air Batteries. Advanced Science, 2021.

DOI: 10.1002/advs.202004572

https://doi.org/10.1002/advs.202004572