合理设计高效双功能氧电催化剂的纳米结构是其应用于新型可充电锌空气电池是必要的。特别是，具有高表面积的三维多孔结构能够提高了电解质的传输和电荷转移效率。采用喷雾热解和双氰胺后处理的方法制备了具有高比表面积的纳米镍包埋的碳纳米管(bCNTs)组成的三维多孔微球。在热处理过程中，热稳定的MgO基体限制了金属镍纳米催化剂的晶体生长，从而控制了bCNTs的厚度和长度。MgO-Ni微球中较高的MgO比例会导致金属镍纳米晶更小，从而导致bCNTs的生长更薄、更短。通过控制bCNTs的厚度和长度，形貌优化的高比表面积微球表现出高的电化学比表面积(ECSA)和提高氧氧化还原活性，特别是对氧还原反应(ORR)。为了弥补低氧析氧反应(OER)活性，花状Co₃O₄纳米颗粒通过一个简单的自下而上的过程装饰在微球上。制备的复合微球(Co/CNT_10Mg/ Ni)在KOH基电解质中表现出比Pt/C和RuO₂更好的ORR和OER活性。Co/CNT_10Mg/Ni作为ZABs的空气阴极，比Pt/ C RuO2体系具有更低的极化率、更高的功率密度(181 mW cm^-2)和更稳定的循环性能(250 h)。
 
  
图1 Co/CNT_10Mg/Ni的形成示意图。
 
 
图2 CNT_10Mg/Ni的(a) SEM图像，(b和c) TEM图像，(d) HR-TEM图像，(e) SAED图像，(f)元素映射图像。
 
  
图3 CNT_{_x}Mg/Ni: (a和b) 1: 1， (c和d) 3: 1， (e和f) 5: 1， (g和h) 10: 1的不同Mg和Ni比例的透射电镜图像。
 
 
图4. (a, b)不同Mg和Ni配比CNT__xMg/Ni的ORR和(c, d) OER性能:(a) LSV曲线，(b) Tafel曲线，(c) LSV曲线，以及(d)相应催化剂的Tafel图。
 
  
图5 Co/CNT_10Mg/Ni:(a) SEM图像，(b和c) TEM图像，(d) HR-TEM图像，(e) SAED图像，(f)元素映射图像。
 
 
图6 Co/CNT_10Mg/Ni的XPS谱图:(a) Co 2p， (b) O 1s， (c) c 1s， (d) N 1s。
 
  
图7  Co/CNT_10Mg/Ni的(a-c) ORR和(d-f) OER性能，CNT_10Mg/Ni, b-Co₃O₄, RuO₂和Pt/C: (c)计时电流响应，(d) LSV曲线，(e) Tafel图，以及 (f)相应催化剂的Nyquist图。
 
 
图8 Co/CNT_10Mg/Ni的 (a)极化和相应的功率密度曲线，(b)放电和电荷极化曲线，(c)比能量密度，(d)速率性能和(e)恒电流放电和充电试验。
 
       相关科研成果由韩国高丽大学Jung-Kul Lee等人于2021年发表在J. Mater. Chem. A. (DOI: 10.1039/d1ta08217e)上。原文：Macroporous microspheres consisting of thickness-controlled bamboo-like CNTs and flower-like Co3O4 nanoparticles as highly efficient bifunctional oxygen electrocatalysts for Zn–air batteries。

转自《石墨烯研究》公众号