合理设计用于氧还原（ORR）和析氧反应（OER）的双功能高效电催化剂是发展可充电金属-空气电池的理想选择，同时也极具挑战性。
近日，天津大学陈亚楠特聘研究员，韩晓鹏，Xuerong Zheng报道了采用高温冲击波技术，将Co纳米颗粒封装到具有稳定核壳结构的中空掺氮碳纳米纤维（Co@N-C）中。采用高温合成的方法制备的Co@N-C核壳复合材料，在控制复合材料的晶粒尺寸、界面结构甚至电子结构等方面显示出明显的优势。该方法升温/降温速度快，效率高，适用于各种产品的合成。
文章要点
1）研究发现，在Co@N-在C/PCNF复合材料中，N掺杂的碳壳层不仅可以保护Co纳米颗粒免受碱性电解质腐蚀，还可以在良好耦合的界面上提供含有Co原子的Co–N–C部分。此外，制备的复合材料具有石墨化程度高、Co纳米颗粒分布均匀、无团聚、比表面积大、具有超薄碳层等优点，有利于扩大活性中心暴露，提高传质速率。
2）实验和理论结果表明，Co-N-C调节了Co在复合材料中的局域环境和电子结构，从而优化其吸附/脱附能，提高其本征OER/ORR活性。得益于Co核和N掺杂碳壳之间的协同作用，Co@N-C/PCNF复合材料表现出优异的可逆氧电催化活性，在10 mA cm−2时，OER过电位为289 mV，ORR的半波电位为0.85 V。此外，Co@N-C/PCNF基ZAB的比容量得到了显著提高，达到292 mW cm−2，同时， ZAB表现出优异的柔性和长循环寿命性能。
这项研究为制备具有良好耦合核-壳界面的Co-N-C部分提供了一种超快、简便的策略，在开发可再生能源存储技术方面具有广阔的应用前景。
参考文献
Qi Lu, et al, Encapsulating Cobalt Nanoparticles in Interconnected N-Doped Hollow Carbon Nanofibers with Enriched Co–N–C Moiety for Enhanced Oxygen Electrocatalysis in Zn-Air Batteries, Adv. Sci. 2021
DOI: 10.1002/advs.202101438
https://doi.org/10.1002/advs.202101438
