随着不可再生的化石能源的快速消耗，科学界正致力于寻求其可替代的新型清洁能源。充电式储能转换装置——作为能源生产与应用的最基本装置，它的发展对于新型能源体系的发展来说是非常重要的。锌-空气电池是一种可持续的充电式电池，它具有能量密度高、放电电压稳定的特点。而且地壳中锌的含量丰富，所以锌-空气电池还是一种廉价的、环保无毒型的充电电池。但是锌-空气电池发展的主要挑战在于缺乏**的空气负极，这也限制了它的实际应用和大规模发展。所以，迫切需要新型负极材料来加速由OER和ORR驱动的负极缓慢动力学并提高电池循环稳定性。

目前，所采用的负极材料多为Pt、Ir或它们的合金，负极材料成本过高以及有限的稳定性限制了其商业化。因此，寻找具有良好耐久性和高电催化活性，同时能降低ORR/OER（氧还原/析氧反应）过电位和提高体系稳定性的双功能廉价电催化剂材料是一个重要挑战。

图1. 中空碳纳米球负载高活性Fe-N_x催化点位（Fe-N_x-HCS）的合成示意图

（图片来源：Chem. Eng. J.）

南通大学化学与化工学院的李奇等人研究了一种新型的由离子液体合成的中空碳纳米球负载高活性Fe-N_x催化点位材料。图1展示了一种由含铁离子液体(Fe-ILs)作为铁源，在空心碳纳米球上制备大量铁原子活性位点（Fe-N₄和Fe₃）的简便方法。

图2. PS的(a,b)SEM图，PS@Fe-ILs@PPy的(e,f)TEM图，Fe-Nx-HCS的(c, d)SEM图，(g,h,i)TEM图，(j) HAADF-STEM图，(k) STEM-EDX谱

（图片来源：Chem. Eng. J.）

图3. 制备的Fe-N_x-HCS的化学环境和成分分析

（图片来源：Chem. Eng. J.）

Fe-IL由咪唑阳离子和铁氰化物阴离子组成，能保证Fe离子在前驱体中的均匀分散。含Fe前驱体具有清晰的层次结构，无需后处理即可直接转化为Fe-N_x-HCS。将铁离子整合到铁氰化物阴离子的结构中，不仅消除了铁的聚集，而且**限度地提高了原子转换效率（100%）。

图4. Fe-N_x-HCS的组成及化学结构分析

（图片来源：Chem. Eng. J.）

图5. 所制备的Fe-N_x-HCS催化剂的ORR和OER性能的评估

（图片来源：Chem. Eng. J.）

双功能Fe-N_x-HCS电催化剂在电解液中对ORR和OER均表现出**的催化性能。用该混合催化剂制备的锌空气电池装置具有良好的循环稳定性。

图6. 用Fe-N_x-HCS和Pt/C制备锌空气电池的性能

（图片来源：Chem. Eng. J.）

这项工作为**的二次充能储能/转化装置中**双功能催化剂的**设计开辟了新的途径。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720317848

原文作者：

Tian Qin, Jun Zhao, Rongwei Shi, Cunwang Ge and Qi Li

DOI: 10.1016/j.cej.2020.125656

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