柔性电子器件的快速发展对安全稳定的电池系统提出了更高的要求。锌-空气电池（ZABs）具有理论能量密度高（1086 Wh kg-1）、成本低、安全性高、环境友好等特点，是最有前途的候选电池技术之一。随着人类活动的多样化，如极地考察、高空无人机、航空航天、深海勘探和寒冷地区的日常使用，人们开始追求能够在零下温度下生存和运行的ZABs。然而，当温度降至0 ℃以下时，由于电解液离子电导率的降低以及空气阴极放电充电过程中氧还原反应和析氧反应的动力学减速，ZABs的性能严重恶化。
近日，清华大学王定胜，中南大学雷永鹏报道了在二维超薄多孔结构掺氮碳纳米片上构建了一种由相邻的Fe-N4和Mn-N4位组成的新型双原子催化剂（FeMn-DSAC），作为柔性低温ZAB的正极。
文章要点
1）首先，铁前驱体Fe(acac)3通过自组装过程原位包裹在锌基沸石咪唑骨架(ZIF-8)中，形成Fe/ZIF-8杂化结构。其次，通过与葡萄糖-三聚氰胺络合物的螯合作用，将Mn离子锚定在Fe/ZIF-8上。然后，将得到的Fe/ZIF-8@Mn/GM复合材料与KCl/ZnCl2（3.6/6.4）共晶盐通过研磨充分混合，直到观察到均匀的混合物。第四，在氮气流量下，将混合物在900 ℃的刚玉坩埚中加热2 h。当温度上升到共晶盐的熔点(230 min)时，盐开始熔化。当温度上升到共晶盐的熔点(230 ℃)时，共晶盐开始熔化。同时，Fe/ZIF-8@Mn/GM复合材料经过碳化分解(>500 ℃)，生成带有N、Fe、Mn物种的小碳片，由于盐熔体的高极性，这些碳片能在熔盐介质中很好地溶解和分散。
2）FeMn-DSAC具有显着的氧还原反应和析氧反应双功能活性。控制实验和密度泛函理论（DFT）计算表明，催化活性显著提高的原因是Fe-Mn双位点协同效应促进了*OOH的解离，以及多孔的2D纳米片状结构促进了反应过程中活性中心的暴露和传质。
3）FeMn-DSAC优异的双功能电催化活性使得所制备的ZAB可在-40 ℃的超低温下高效运行，提供了30 mW cm-2的峰值功率密度，并保持了室温对应的高达86%的比容量，在先前报道的结果中处于领先水平。
在具有多孔结构的二维超薄纳米纳米片上构建相邻的双金属中心的策略代表了在开发耐低温ZABs和促进其在极端寒冷环境中的实际应用方面的重大进展。
参考文献
Tingting Cui, et al, Engineering Dual Single-Atom Sites on 2D Ultrathin N-doped Carbon Nanosheets Attaining Ultra-Low Temperature Zn-Air Battery, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202115219
https://doi.org/10.1002/anie.202115219
