开发无贵金属、耐用、高效的氧还原/析氧反应电催化剂（ORR/OER）是发展锌-空气电池（ZABs）的关键。

近日，清华大学吕瑞涛长聘副教授报道了合成了一种原子分散Fe-N₄/C催化剂固定的柔性自支撑碳纤维膜（Fe/SNCFs-NH₃），并将其用作ZABs的空气阴极。

文章要点

1）缠绕在一起的碳纤维具有层次化的纳米孔，有利于气体传输、电解质渗透和电子转移。此外，NH₃活化后的比表面积越大，碳基体中嵌入的FeN₄/C中心浓度越高。

2）通过硫掺杂对Fe/SNCFs-NH₃催化剂中的局域原子构型进行调节，可以获得优异的ORR和增强的OER活性。合成的Fe/SNCFs-NH₃催化剂的正半波电位为0.89 V，Tafel斜率为70.82 mV dec^-1，优于商用Pt/C（0.86 V/94.74 mV dec^-1）和大多数文献报道的M-N_x/C（M=Fe，Co，Ni）催化剂。研究人员通过实验表征和理论计算揭示了硫掺杂在调节ORR和OER活性中的重要作用。

3）以Fe/SNCFs-NH₃催化剂为空气阴极的液态ZABs具有255.84 mW cm^-2的高峰值功率密度和1000 h以上的长期循环寿命。而固态ZAB在各种平坦/弯曲/平坦状态下表现出稳定的循环，在便携和可穿戴产品应用中显示出巨大的前景。

参考文献

Leping Yang, et al, Atomic Fe-N₄/C in flexible carbon fiber membrane as binder-free air cathode for Zn-air batteries with stable cycling over 1000 hours, Advanced Materials. 2021

DOI: 10.1002/adma.202105410

https://doi.org/10.1002/adma.202105410