鋅空氣電池因其高的比能量及更好的安全性能而被廣泛關(guān)注。然而，在其商業(yè)應(yīng)用之前，仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)需要解決。最嚴(yán)重的問題之一是催化電極中緩慢的氧還原/析出反應(yīng)（ORR/OER）動(dòng)力學(xué)，極大地降低了鋅空氣電池的電化學(xué)性能。因此，設(shè)計(jì)一種高效、經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)的雙功能催化劑對(duì)于二次鋅空氣電池非常重要。
近日，青島科技大學(xué)王磊教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種釕改性雙金屬沸石-咪唑酯骨架衍生物，并將其作為可充電鋅空氣電池的高效催化劑。在此，雙金屬 Co/Zn-ZIF通過種子介導(dǎo)的方法合成，隨后在高溫下熱解該雙金屬ZIF以獲得鑲嵌Co納米顆粒的高度多孔的N摻雜碳納米立方體（Co/HP-NC）。并在所制備Co/HP-NC的表面進(jìn)一步用Ru顆粒改性，得到Ru包覆的Co/HP-NC（Ru@Co/HP-NC）。
Co/Zn-ZIF高溫碳化過程中Zn蒸氣的釋放不僅明顯提高了Co/HP-NC的孔隙率，而且使金屬納米顆粒高度分散在衍生物中。此外，由于前驅(qū)體中Zn的引入，吡啶/石墨N和Co4N的表面含量也得到有效的提高。均勻的Ru包覆大大提高了Co/HP-NC的表面電催化活性。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征結(jié)果都進(jìn)一步證實(shí)Co/HP-NC和Ru的協(xié)同作用有效地提高了復(fù)合材料的催化性能。
因此，Ru@Co/HP-NC表現(xiàn)出比商業(yè)化催化劑（Pt/C和RuO2）更高的雙功能催化性能?；赗u@Co/HP-NC的鋅空氣電池具有1.4 V的高開路電位、~210 mW cm-2的大功率密度、高放電容量（791 mAh gZn-1）和超長(zhǎng)循環(huán)壽命（~475 次循環(huán)），同時(shí)具有小的過電位（~0.89 V）。此外，具有Ru@Co/HP-NC正極的柔性鋅空氣電池在不同彎曲條件下也表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
該工作報(bào)道的Ru鑲嵌Co納米顆粒的高度多孔的N摻雜碳納米立方體具有優(yōu)異的ORR/OER雙功能催化活性，為高性能金屬-空氣電池高效電催化劑的制備提供了一定的借鑒意義。 論文信息： Ruthenium-Modified Bimetallic Zeolitic-Imidazolate Framework Derivative as a High-Efficient Catalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries Yingying Feng, Haocheng Qi, Qian Zhang, Zhenzhen Chi, Shuaishuai Zhang, Yuanyuan Cui, Shaoxiang Li, Ziyang Guo, Dr. Lei Wang Batteries＆Supercaps DOI: 10.1002/batt.202100217
