杨瑞枝&Mark H Rümmeli教授Small：自喷射法制备高活性三维FeNi@NCNT丛林用于可充电锌空气电池正极催化剂- 大数跨境

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杨瑞枝&Mark H Rümmeli教授Small：自喷射法制备高活性三维FeNi@NCNT丛林用于可充电锌空气电池正极催化剂

科学材料站

2021-01-15

导读：该工作对传统的直接热解法进行了改进，开发了一种管内自喷射的方法，通过该方法可以在多孔基底上制备得到管径均一且分散性良好的碳纳米管丛林。

文章信息

自喷射法制备高活性三维FeNi@NCNT丛林用于可充电锌空气电池正极催化剂

第一作者：郑祥俊

通讯作者：杨瑞枝*，Mark H Rümmeli*

单位：苏州大学

研究背景

锌空气电池作为一种新型的能连储存与转换器件，由于其安全的水体系、较高的理论能量密度、简单的装置、低廉的价格等优势而受到广泛研究。放电过程中的ORR和充电过程中的OER是可充电锌空气电池中两个非常重要的反应，其缓慢的动力学限制了锌空气电池的实际应用。因此开发高活性、高稳定性和低成本的双功能ORR和OER催化剂至关重要。

许多研究表明，在N-CNT中封装过渡金属纳米颗粒是改善N-CNT的电催化活性以及保护过渡金属纳米颗粒的有效办法，并且通过N-CNT和过渡金属纳米颗粒之间的强结合来改变碳骨架的电子结构、降低能垒，从而有利于ORR和OER过程中含氧中间体的吸脱附，表现出不同于传统纳米材料的催化活性。

本文制备了FeNi@NCNT丛林催化剂用于可充电锌空气电池的氧电极催化剂，通过改进的直接热解法改善了金属颗粒团聚和碳纳米管分散不均一的问题，显著提高了电催化活性、稳定性以及锌空气电池的功率密度和充放电循环寿命。

文章简介

近日，苏州大学杨瑞枝教授课题组在Small期刊上发表题为“A Self-Jet Vapor-Phase Growth of 3D FeNi@NCNT Clusters as Efficient Oxygen Electrocatalysts for Zinc-Air Batteries”的研究文章。

该工作对传统的直接热解法进行了改进，开发了一种管内自喷射的方法，通过该方法可以在多孔基底上制备得到管径均一且分散性良好的碳纳米管丛林。得益于这种独特的三维网络结构以及FeNi合金纳米颗粒与NCNT之间的协同电子作用，FeNi@NCNT-CP丛林催化剂可作为高效的ORR和OER双功能电催化剂，并表现出低于商用Pt/C+IrO2催化剂的ORR-OER电势差、良好的稳定性以及优异的锌空气电池性能。

本文要点

要点一：该工作提出了一种独特的管内自喷射热解法，以棉纤维布为基底，一步原位合成了FeNi@NCNT-CP丛林催化剂，为CNT基催化剂的制备提供了一种新思路。

要点二：FeNi@NCNT-CP丛林表现出独特的三维网络结构和高的比表面积，这种分级多孔网络结构以及均一的CNT分布为催化过程中三相界面的反应提供了丰富的物质传输以及电子传导通道，并有利于暴露更多的本征活性位点。

要点三：FeNi@NCNT-CP丛林催化剂表现出优异的ORR（E1/2 = 0.85 V）和OER（Ej=10 = 1.59 V）双功能电催化活性，其电位差（Egap = 0.74 V）在连续循环10 000圈之后几乎没有衰减，组装成的锌空气电池能够提供200 mW cm−2的功率密度并稳定循环>250小时。

要点四：FeNi@NCNT-CP丛林优异的电催化活性和锌空气电池性能主要归功于其独特的三维N掺杂CNT网络以及封装于其中的化学耦合的高分散性FeNi纳米合金颗粒。

文章链接

A Self-Jet Vapor-Phase Growth of 3D FeNi@NCNT Clusters as Efficient Oxygen Electrocatalysts for Zinc-Air Batteries. (Small, 2020, 2006183, DOI: 10.1002/smll.202006183)

https://doi.org/10.1002/smll.202006183.

通讯作者介绍

杨瑞枝，苏州大学能源学院教授，博士生导师。

2005年7月，于中国科学院物理研究所获理学博士学位；2005.9—2008.5，于加拿大达尔豪斯大学(Dalhousie University)作博士后研究；2008.6—2011.6，在美国斯坦福大学(Stanford University)任职Research Associate；2011年6月至现在，于苏州大学任职特聘教授。研究方向为：新型储能材料和器件的基础和应用研究。在Adv. Funct. Mater., ACS Nano, ACS Catal., Energy Storage Mater., Appl. Catal. B和Chem. Mater. 等学术期刊发表SCI文章60余篇，论文引用5000余次，个人h-index为44。申请10多项中国专利和1项国际专利。主持国家科技部重点研发计划子课题、国家自然科学基金、江苏省高校自然科学研究重大项目、江苏省自然科学基金等科研项目。现任中国硅酸盐学会固态离子学理事会理事、国际电化学能源科学院(IAOEES）的Board committee member。荣获2008年度加拿大青年科学家Ulm电化学论坛奖和2013年度“中国电化学青年奖”。

课题组介绍

见课题组网站：http://web.suda.edu.cn/yangrz/list.htm