对可充电锌空气电池（ZABs）的极大兴趣，正不断推动人们对低成本、高活性、耐用的双功能电催化剂的研究，以提高缓慢的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）。而在单一催化剂上同时实现高活性且独立的ORR和OER位点仍然是一个巨大的挑战。

近日，香港科技大学邵敏华教授、中科院金属研究所刘畅研究员，昆明理工大学李金成教授报道了设计了一种用于可充电ZABs的双相碳双功能氧电催化剂。

文章要点

1）研究人员首先在含有氧化的CNT的溶液中加入吡咯。搅拌完成吡咯在碳纳米管上的吸附后，加入氧化剂进行吡咯聚合，通过真空过滤结合水和乙醇洗涤得到CNT负载的聚吡咯（CNT@PPy）。接着将得到的CNT@PPy、Co(NO₃)₂和2-甲基咪唑混合在甲醇中，自组装成与CNT@PPy相连的ZIF-67纳米结构（CNT@PPy-ZIF-67）。最后，为了得到CNT@SAC-Co/NCP样品，对CNT@PPy-ZIF-67前驱体进行高温热解，使CNT@PPy转变为单原子相，同时将ZIF-67转变为纳米相。

2）研究发现，负载在CNT上的Co单原子（单原子相）和包裹在ZIF-67衍生的碳多面体中的Co纳米颗粒（纳米相）通过CNT桥结合在一起。

3）实验结果显示，所制得的CNT@SAC-Co/NCP催化剂在10 mA cm^-2时的过电位仅为0.74 V，与ORR半波电位相差不大。同时，基于双功能催化剂的ZAB表现出172 mW cm⁻²的高功率密度，5 mA cm⁻²时0.51 V的小充放电电位差，以及优异的放电-充电循环耐久性。

本研究为实现多功能催化剂提供了一种可行的设计思路，促进了可充电ZABs的发展。

参考文献

Jin-Cheng Li, et al, Dual-Phasic Carbon with Co Single Atoms and Nanoparticles as a Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202103360

https://doi.org/10.1002/adfm.202103360