合理設計高效雙功能氧電催化劑的納米結構是其應用于新型可充電鋅空氣電池是必要的。特別是，具有高表面積的三維多孔結構能夠提高了電解質的傳輸和電荷轉移效率。采用噴霧熱解和雙氰胺后處理的方法制備了具有高比表面積的納米鎳包埋的碳納米管(bCNTs)組成的三維多孔微球。在熱處理過程中，熱穩定的MgO基體限制了金屬鎳納米催化劑的晶體生長，從而控制了bCNTs的厚度和長度。MgO-Ni微球中較高的MgO比例會導致金屬鎳納米晶更小，從而導致bCNTs的生長更薄、更短。通過控制bCNTs的厚度和長度，形貌優化的高比表面積微球表現出高的電化學比表面積(ECSA)和提高氧氧化還原活性，特別是對氧還原反應(ORR)。為了彌補低氧析氧反應(OER)活性，花狀Co
3O
4納米顆粒通過一個簡單的自下而上的過程裝飾在微球上。制備的復合微球(Co/CNT_10Mg/ Ni)在KOH基電解質中表現出比Pt/C和RuO
2更好的ORR和OER活性。Co/CNT_10Mg/Ni作為ZABs的空氣陰極，比Pt/ C RuO2體系具有更低的極化率、更高的功率密度(181 mW cm
-2)和更穩定的循環性能(250 h)。
圖1 Co/CNT_10Mg/Ni的形成示意圖。
圖2 CNT_10Mg/Ni的(a) SEM圖像，(b和c) TEM圖像，(d) HR-TEM圖像，(e) SAED圖像，(f)元素映射圖像。
圖3 CNT
_xMg/Ni: (a和b) 1: 1， (c和d) 3: 1， (e和f) 5: 1， (g和h) 10: 1的不同Mg和Ni比例的透射電鏡圖像。
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圖4. (a, b)不同Mg和Ni配比CNT_
xMg/Ni的ORR和(c, d) OER性能:(a) LSV曲線，(b) Tafel曲線，(c) LSV曲線，以及(d)相應催化劑的Tafel圖。
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圖5 Co/CNT_10Mg/Ni:(a) SEM圖像，(b和c) TEM圖像，(d) HR-TEM圖像，(e) SAED圖像，(f)元素映射圖像。
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圖6 Co/CNT_10Mg/Ni的XPS譜圖:(a) Co 2p， (b) O 1s， (c) c 1s， (d) N 1s。
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圖7 Co/CNT_10Mg/Ni的(a-c) ORR和(d-f) OER性能，CNT_10Mg/Ni, b-Co
3O
4, RuO
2和Pt/C: (c)計時電流響應，(d) LSV曲線，(e) Tafel圖，以及 (f)相應催化劑的Nyquist圖。
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圖8 Co/CNT_10Mg/Ni的 (a)極化和相應的功率密度曲線，(b)放電和電荷極化曲線，(c)比能量密度，(d)速率性能和(e)恒電流放電和充電試驗。
相關科研成果由韓國高麗大學Jung-Kul Lee等人于2021年發表在J. Mater. Chem. A. (DOI: 10.1039/d1ta08217e)上。原文：Macroporous microspheres consisting of thickness-controlled bamboo-like CNTs and flower-like Co3O4 nanoparticles as highly efficient bifunctional oxygen electrocatalysts for Zn–air batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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