Ni3Fe-N/C双功能阴极电催化剂

锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全可靠以及绿色无污染等特点，是理想的电动汽车动力电池体系。虽然锌空气电池研究相对成熟，但其进一步发展却受到了各种技术阻碍。例如锌空气电池阴极氧还原(ORR)和析氧(OER)反应的双功能催化剂是铂基和IrO₂/RuO₂催化剂。其成本高、稳定性差，严重影响了锌空电池的实际应用。所以我们需要一种活性高，性能稳定而且价格低的新型催化剂取代它们。

过渡金属材料由于储量丰富、价格低廉等受到了极大关注。如Mn、Co、Ni等和他们的衍生物作为空气电极催化剂，已经取得了很好的效果。理论上Ni与Fe组成双官能团的催化剂来取代Pt和Ru等贵金属催化剂，会有1+1＞2的效果，但是很多研究结果却不如人意。缺陷在于：合金颗粒无法固定在碳基底上，甚至会扩散开来降低电池性能。

德克萨斯大学奥斯汀分校J. B. Goodenough教授、崔志明博士和南京师范大学唐亚文教授的课题组合作，利用硬模板法制备了捆绑型Ni₃Fe-N双功能催化剂。Ni₃Fe-N粒子在碳表面的嵌入可有效避免粒子在电池运行过程中的团聚、脱落及溶解，从而有效提高了电催化剂的稳定性。Ni₃Fe-N催化剂驱动的锌空电池可以持续稳定的运行420 h，远高于贵金属IrO₂/Pt-C催化剂运行时间。

图1. Ni₃Fe-N-C 催化剂层的合成步骤图

图2. 锌空气电池的充放电测试图（电流密度：10 mV cm^-1，室温）

这一成果近期发表在《Advanced Energy Materials》上，文章的第一作者是南京师范大学博士研究生付更涛。

该论文作者为：Gengtao Fu, Zhiming Cui, Yifan Chen, Yutao Li, Yawen Tang, and John B. Goodenough

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Ni₃Fe-N Doped Carbon Sheets as a Bifunctional Electrocatalyst for Air Cathodes

Adv. Energy Mater., 2016, 7, 1601172, DOI: 10.1002/aenm.201601172

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