开发低成本、耐用的用于氧还原和析氧反应的双功能氧电催化剂是实现可充电Zn−空气电池商业化的关键，但仍是一个巨大的挑战。本工作采用通用的两步热解法制备了将N掺杂石墨烯包裹的CoNi纳米合金嵌入到N掺杂碳纳米管中。优化的CN@NC−2−80 0为ORR提供0.83V的正半波电位，在10 mA cm^-2下为OER提供了400 mV的小过电位，优于目前大多数非贵重的双功能氧电催化剂。基于CN@NC−2−80 0的液态Zn−空气电池具有1.52V的高开路电压，172 mW cm⁻²的大峰值功率密度，300 h的长循环寿命，而且研制的全固态Zn−空气电池还表现出显著的稳定性和不同程度的弯曲。这项工作为探索高效耐用的可再生能源电催化剂提供了一条简单有效的途径。
 
 
Figure 1. CN@NC催化剂合成路线示意图。
 

Figure 2. (a) CN@NC−2−800的SEM， (b) TEM和(c) HRTEM图像。(d)石墨烯层和(e) CoNi合金的晶格条纹。(f) CN@NC−2−800的EDX元素映射。
 
  
Figure 3. (a)样品的XRD谱图，(b)详细的XRD谱图，(c)拉曼光谱，(d)氮气吸附-脱附等温线和孔径分布(插图)。
 
  
Figure 4. 样品的高分辨率XPS光谱(a) Co 2p， (b) Ni 2p， (c) N 1s， (d) c 1s。


Figure 5. (a) CN@NC−2−800、C@NC、N@NC、Pt/C的ORR的LSV曲线和Tafel曲线。(c) CN@NC−2−800旋转速率增大时的LSV曲线及其对应的K−L曲线(插图)。(d) LSV曲线，(e) Tafel曲线，和(f) Cdl在1.147Vvs RHE 下， CN@NC−2−800,C@NC, N@NC，和RuO₂的OER。测试电解液为0.1 M KOH溶液。
 

Figure 6. (a) ORR 和 OER 中不同催化剂的总体极化曲线比较。(b) 液体ZAB 的示意图。(c) ZAB 的开路图。(d) 液态 ZAB 的充放电曲线和相关功率密度。(e) 比容量和 (f) 倍率放电曲线。(g) 液体 ZAB 在 10 mA cm^-2下的循环曲线。(h) 基于CN@NC-2-800的液态 ZAB驱动小风扇的照片。
  

Figure 7. (a)柔性ZAB的内部结构。(b) CN@NC−2−800制备的柔性ZAB开路图。(c)柔性ZAB在2mA cm⁻²下的循环曲线。(d)柔性ZAB在2 mA cm⁻²下不同弯曲状态下的循环曲线。(e)由两个可弯曲的ZAB串联发光的红色LED照片。
 
        相关研究工作由暨南大学Dingsheng Yuan课题组于2021年发表在《ACS Sustainable Chem. Eng.》上，原文：CoNi Nanoalloys @ N-Doped Graphene Encapsulated in N-Doped Carbon Nanotubes for Rechargeable Zn–Air Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号