北京科大《Nanoscale》：静电纺ZIF衍生的空腔多孔碳纳米纤维作为具有超低过电位的锂氧电池的独立阴极
1成果简介
为锂氧电池构建具有低过电位和循环稳定性的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的高效电催化剂仍然是一项挑战。本文，北京科技大学Lichong Peng等研究人员在《Nanoscale》期刊发表名为“Electrospun ZIF-derived cavity porous carbon nanofibers as a freestanding cathode for lithium–oxygen batteries with ultralow overpotential”的论文，研究提出一种可扩展的方法，通过静电纺丝技术和热处理（Zn）将ZIF衍生物集成到空腔多孔碳纳米纤维（Zn/CoNC@CPCNFs）。超长互连纳米纤维基质是有益的，开发的具有优异柔韧性的 Zn/CoNC@CPCNFs 催化剂可用作基于空气阴极的独立电极。
此外，这种限制策略确保了Co基物种的分散和丰富的孔隙结构，这有助于氧的传输和吸附，并由于极低的电压间隙而暴露更多的Co-N配位催化中心。因此，基于Zn/CoNC@CPCNF 电极的电池表现出显着降低的充放电极化（0.36 V）、高初始放电容量和0.59V的超低过电位，以及具有截止值的长期循环性能容量为 0.2mAh cm -2在 0.02mAcm-2。希望本研究能够为用于能量转换和存储的氧电催化剂的设计和应用提供指导。
2图文导读
图1、 (a) Zn/CoNC@CPCNF 膜的制备过程示意图。(b) 空心Zn/CoNC的形成过程示意图。(c) Zn/CoNC@CPCNF 膜的弯曲测试。(d) 直径为 12 mm 的自支撑电极。
图2、(a) ZIF-8 纳米立方体的 SEM 图像；(b-d) Zn/CoNC@CPCNFs 的 SEM 图像；（e和f）Zn/CoNC@CPCNFs的TEM和（g）HRTEM图像；(h) 电子衍射 (SAED) 和 (i) 相应的元素映射图像。
图3、 (a) 不同电极的XRD图谱。不同电极的高分辨率 XPS 光谱：(b) XPS 测量，(c) N 1s，(d) Co2p，和 (e) O1s；(f) Zn/CoNC@CPCNFs 的拉曼光谱。
图4、 (a) 0.1mVs -1扫描速率下不同电极的CV曲线；(b) 典型的放电-充电电压曲线；(c) 放电-充电电压曲线；(d) 初始深度放电-充电曲线；(e) 基于 Zn/CoNC@CPCNFs 的 LOB 配置模型。(f) 初始深度放电-充电曲线；(g) 循环性能；(h) 终端放电-充电电压；(i) 先前报道的研究和本文的放电-充电容量。
图5、 (a-c) Zn/CoNC@CPCNF 电极在不同状态下的相应 SEM 图像
(d-f) Zn/CoNC@CPCNF 电极在放电和充电时的 XRD 谱、FTIR 光谱和 EIS。
图6、 (a-c) Zn/CoNC@CPCNFs、ZnNC@CPCNFs 和 CoNC@CNFs 的 Bpy 毒物测试；(d和e)三个电极的工作机理示意图。
3小结
该工作可应用于气体扩散系统（如金属-空气电池和燃料电池）的集成电催化剂的设计和制造提供一些指导和参考。
https://doi.org/10.1039/D1NR04850C
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来源：文章来自Nanoscale网站，由材料分析与应用整理编辑。
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