單原子催化劑（single-atom catalysts, SACs）具有較高的活性和高效的原子利用率，在電催化領(lǐng)域有著巨大的潛力，尤其是在可再充電鋅-空氣電池（ZABs）中。然而，合理構(gòu)建具有良好電催化活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的SACs仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。基于此，清華大學(xué)張如范副教授（通訊作者）等人報(bào)道了通過(guò)靜電紡絲策略同時(shí)構(gòu)建了鈷（Co）的原子級(jí)分散和碳納米管（CNT）連接的N-摻雜多孔碳納米纖維（NCFs）。在文中，作者利用一步靜電紡絲和碳化策略，構(gòu)建了具有碳納米管（CNT）內(nèi)部連接的N-摻雜多孔碳納米纖維（NCFs）作為Co單原子（Co SA）位點(diǎn)（Co SA/NCFs），同時(shí)實(shí)現(xiàn)了Co的原子級(jí)分散、N摻雜的控制和分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。在這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)中，原子分散的Co位點(diǎn)為OER/ORR提供了高雙功能催化活性，合理設(shè)計(jì)的N摻雜有效地錨定了Co原子，并且NCFs的多孔結(jié)構(gòu)可以保證活性位點(diǎn)的可及性。此外，CNT不僅可以提高電子的傳導(dǎo)率，還可以極大地提高多孔纖維的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度。正如預(yù)期，Co SA/NCFs作為一種無(wú)粘結(jié)劑的空氣正極，所制備的催化劑在電流密度為10 mA cm-2的下為水性ZABs提供了600 h的超耐久性，并為所有固態(tài)ZABs提供相當(dāng)大的靈活性和較小的電壓間隙，具有高功率密度和優(yōu)異的耐久性。Co的原子級(jí)分散與碳納米纖維的柔性多孔結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用對(duì)于提高ZABs的性能至關(guān)重要。該工作為超耐用Zn-空氣電池提供了有效的單原子設(shè)計(jì)/納米工程。Stabilizing Cobalt Single Atoms via Flexible Carbon Membranes as Bifunctional Electrocatalysts for Binder-Free Zinc-Air Batteries. Nano Lett., 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00278.https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00278.
