湘潭大学刘备/阳梅副教授团队，Carbon：基于席夫碱聚合物的FeCo/N共掺杂超长碳纳米管用于高效锌-空气电池

第一作者：邓玉松，郑佳慧

通讯作者：刘备*，阳梅*

单位：湘潭大学

锌-空气电池 (ZABs) 因具有能量密度高、环境友好、安全性高等优点一直是电化学储能领域的研究热点。然而，空气阴极缓慢的氧析出 (OER) 和氧还原 (ORR) 反应动力学严重制约了其能量转换效率。因此，开发高效、价廉、高稳定性的阴极电催化剂至关重要。金属-氮掺杂碳 (M-N-C) 材料由于能显著增强ORR/OER活性而被广泛研究。席夫碱聚合物具有高热稳定性、好的机械强度等多种特性, 并具有与过渡金属离子良好的配位能力，因此是制备M-N-C电催化剂的良好前驱体。

近日，湘潭大学刘备/阳梅副教授团队，首先以2,5-二羟基对苯醌和三聚氰胺为原料制备席夫碱聚合物 (DQMA)，再通过DQMA与Fe(NO₃)₃·9H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O配位合成配位聚合物。然后以该配位聚合物为前驱体，经高温热解得到具有优异ORR/OER双功能催化活性的FeCo/N共掺杂的超长碳纳米管。系统地考察了该催化剂在碱性条件下的ORR/OER电催化性能，并探究了其催化机理。

该文章发表在国际知名期刊Carbon上，题为“Schiff-base polymer derived ultralong FeCo/N-doped carbon nanotubes as bifunctional oxygen electrocatalyst for liquid and flexible all-solid-state rechargeable zinc–air batteries”。

以2,5-二羟基对苯醌和三聚氰胺为原料制备席夫碱聚合物 (DQMA)，再通过DQMA与Fe(NO₃)₃·9H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O配位合成配位聚合物。然后以该配位聚合物为前驱体，经高温热解得到具有优异ORR/OER双功能催化活性的FeCo/N共掺杂的超长碳纳米管。该材料具有超长纳米管状形貌，FeCo/N活性位点丰富、石墨化程度高等优点。

在碱性电解质中，FeCo-LCNT的ORR活性优于商业Pt/C，其OER活性接近IrO₂。所组装的可充电ZABs开路电压高达1.53 V，且在5 mA cm⁻²下的比电容高达818 mAh g⁻¹_Zn。此外，该ZABs还具有优异的循环稳定性，在5 mA cm⁻²电流密度下，可稳定连续充放电1100 h。

为进一步从理论上解释FeCo-LCNT的高催化活性，作者通过利用密度泛函理论（DFT）探究了合金颗粒及其与N掺杂碳壳的强耦合作用对FeCo-LCNT电催化活性的影响。构建了Fe-NCNT, Co-NCNT 和 FeCo-NCNT理论模型。吉布斯自由能计算表明，三个模型的ORR活性大小顺序为Co-NCNT < Fe-NCNT < FeCo-NCNT；OER活性大小顺序为Fe-NCNT < Co-NCNT < FeCo-NCNT。DFT计算结果与实验结果相吻合，突出了FeCo合金在提高FeCo-LCNT内在活性方面的重要作用。

Schiff-base polymer derived ultralong FeCo/N-doped carbon nanotubes as bifunctional oxygen electrocatalyst for liquid and flexible all-solid-state rechargeable zinc–air batteries

刘备 博士，硕士研究生导师。主要从事多孔碳材料和多孔有机框架材料的调控制备及其在新能源器件（超级电容器、锌离子电池、锌空电池）中的应用。以第一作者/通讯作者在Chemical Engineering Journal, Carbon，Journal of Materials Chemistry A, ACS Sustainable Chem. Eng. 等国际知名刊物上累计发表SCI论文15余篇，其中ESI高被引论文2篇，单篇最高被引400余次。主持湖南省自然科学基金、广东省自然科学基金、湖南省教育厅重点项目、湖南省教改项目等项目4项。

阳梅，湘潭大学副教授，硕士生导师。主要从事聚合物基多孔碳材料以及聚合物粘结剂的设计、合成及其应用。曾获得2018年湖南省优秀博士学位论文、湖南省科技进步三等奖、湖南省专利一等奖、湖南省第12届自然科学优秀学术论文一等奖，在Adv. Funct. Mater., Appl. Catal., B, J. Mater. Chem. A, Carbon, ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Energy Chem.等刊物上发表多篇论文。