清华大学《AM》:柔性碳纤维负载单原子Fe-N4，实现1000h锌空气电池！

1成果简介 

开发无贵金属、耐用、高效的氧还原/析氧反应电催化剂（ORR/OER）是发展锌-空气电池（ZABs）的关键。本文，清华大学吕瑞涛长聘副教授团队在《Advanced Materials》期刊发表名为“Atomic Fe-N4/C in flexible carbon fiber membrane as binder-free air cathode for Zn-air batteries with stable cycling over 1000 hours”的论文，研究报道了合成了一种原子分散Fe-N4/C催化剂固定的柔性自支撑碳纤维膜（Fe/SNCFs-NH3），并将其用作ZABs的空气阴极。

研究发现，具有多级纳米孔的相互交织碳纤维有利于气体传输、电解质渗透和电子转移，同时经NH3活化后形成的高比表面积也可暴露出嵌入碳基底中的高密度Fe-N4/C位点。测试表明，硫掺杂可以对Fe/SNCFs-NH3催化剂的局部原子构型进行调控，从而导致优异的ORR和OER活性。因此，所合成出的Fe/SNCFs-NH3催化剂在ORR应用中表现出卓越的半波电位(0.89 V)和Tafel斜率(70.82 mV dec–1)，优于商业Pt/C催化剂(0.86 V/94.74 mV dec–1)和此前报导的大多数M-Nx/C (M = Fe, Co, Ni)催化剂。以Fe/SNCFs-NH3催化剂作为空气阴极组装出的液态ZABs，可提供高达255.84 mW cm–2的峰值功率密度和超过1000 h的长期循环耐久性。而且，固态ZAB在各种平坦或弯曲状态下也能表现出稳定的循环性能，从而在便携式和可穿戴器件应用中显示出巨大的前景。

文献：

https://doi.org/10.1002/adma.202105410

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来源：文章来自AM网站，由材料分析与应用整理编辑。

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