湖南大学研究生(湖南大学研究生院)

湖南大学研究生，湖南大学研究生院

成果简介

本文，湖南大学唐艳红教授、刘承斌教授，苏州大学张浩等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Double-Faced Atomic-Level Engineering of Hollow Carbon Nanofibers as Free-Standing Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for Flexible Zn–Air Battery”的论文，研究提出了一个复杂的和可扩展的制造策略，用于构建柔性的和独立的复合双功能氧电极。

首次采用同轴电纺技术结合热解技术制备了嵌入高密度镍单原子（Ni-SAs）的中空碳纳米纤维（HCNF）。然后，采用溶剂热法在碳纳米纤维的外层均匀、选择性地生长了Co3O4和Co1-xS杂化纳米片阵列（Co-NAs）。嵌入Ni-SAs和外源Co-NAs的HCNFs的双面官能化(记为NiAs/HCNFS/Co-Nas)形成了Janus式的结构，这使得研究人员可以：

i）明确地确定特定反应的活性中心；

ii）分别调整催化剂的组成以提高其固有活性；

iii）充分暴露活性中心以加速反应动力学。

优化后的Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs电催化剂具有较高的双功能活性，∆E为0.65 V，位居柔性双功能电催化剂之首。用Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs薄膜组装的液态ZAB具有140.7 mW cm-2的高峰值功率密度和在10mA cm-2下超过200 h的优异充电/放电稳定性。此外，与Ni SAs/HCNFs/Co-NAs薄膜空气正极组装的柔性固态ZAB成功地为各种类型的电子设备供电，这证明了可穿戴电子设备的可行性。

图文导读

图1. (a) Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs 制备示意图。(b, c) PMMA@PAN-Ni PFs 的 SEM 图像。(d) Ni-SAs/HCNFs 的 SEM 图像。(e) Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs。

图2. (a) Ni-SAs/HCNFs的TEM图像。(b) Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs的HAADF-STEM图像与 (c) C、N、Ni、Co、O 和 S 的相应元素映射。(d) Ni-SAs/HCNFs 的 HRTEM 图像Ni-SAs/HCNFs/Co-NAs 样品中的一部分（图 (b) 中标记的红色虚线矩形和 (e) 其相应的 HAADF-STEM 图像。(f) Ni-SAs/HCNFs/中 Co-NAs 部分的 HRTEM 图像Co-NAs和插图显示了它的 SAED 模式。

图3、催化剂ORR和OER的催化性能

图4.液态ZAB的性能

文献：

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06700

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