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

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

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

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

南通大學化學與化工學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載高活性Fe-N_x催化點位材料。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（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的化學環境和成分分析

（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離子在前驅體中的均勻分散。含Fe前驅體具有清晰的層次結構，無需后處理即可直接轉化為Fe-N_x-HCS。將鐵離子整合到鐵氰化物陰離子的結構中，不僅消除了鐵的聚集，而且**限度地提高了原子轉換效率（100%）。

圖4. Fe-N_x-HCS的組成及化學結構分析

（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穩定性。

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.）

這項工作為**的二次充能儲能/轉化裝置中**雙功能催化劑的**設計開辟了新的途徑。

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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