隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對環(huán)境友好型和可再生能源的需求日益增加，可充電鋅-空氣電池因其理論能量密度高、成本低、安全性高等優(yōu)點而備受關(guān)注。然而，可逆氧反應(yīng)的反應(yīng)動力學緩慢，故通過高效的雙功能電催化劑對鋅-空氣電池的析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)過程進行優(yōu)化，以降低能量勢壘。因此，合理設(shè)計低成本、高穩(wěn)定性的有效雙功能電催化劑是一項具有挑戰(zhàn)性和緊迫性的任務(wù)。近日，丹麥技術(shù)大學張文靜和西北工業(yè)大學蔣建軍等通過應(yīng)用同軸靜電紡絲和原位生長技術(shù)構(gòu)建具有優(yōu)異雙功能電催化活性的3D柔性Janus中空納米纖維。得到的Janus納米纖維具有獨特的核殼中空纖維結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層由嵌入N摻雜納米帶(Ni-Fe-N-C)中的NiFe合金納米顆粒組成(OER活性)；中間層由導(dǎo)電薄壁碳組成，起到集電器和支撐功能材料的3D框架的雙重作用以及外層由葉狀Co-N-C構(gòu)成，具有高度開放的納米孔結(jié)構(gòu)和高暴露的活性位點(ORR活性)。受益于這種獨特的Janus結(jié)構(gòu)，合成的柔性Ni-Fe-N-C@C@Co-NC碳納米纖維(NiFe@C@Co CNFs)表現(xiàn)出卓越的OER/ORR催化性能。NiFe@C@Co CNFs不僅具有高表面積(209 m2 g-1)的開放中空結(jié)構(gòu)，以提供有效的活性位點和較短的離子擴散路徑，而且在堿性電解質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR(Ep = 0.94 V；E1/2 = 0.87 V)和OER(過電位為336 mV@10 mA cm-2)的雙功能催化性能，優(yōu)于最先進的Pt/C(E1/2 = 0.85 V)和RuO2(過電位為337 mV@10 mA cm-2)催化劑。此外，合成的Janus納米纖維具有優(yōu)異的機械柔韌性，可用作柔性準固態(tài)鋅空氣電池的高性能陰極。使用雙功能NiFe@C@Co CNF的可充電鋅-空氣電池具有1.44 V的大開路電壓、高功率密度(130 mW cm-2)、能量密度(874 Wh kg-1)和長期耐用性。這項工作為合理設(shè)計具有優(yōu)異ORR和OER電化學性能的雙功能材料提供了一種替代方法，以解決鋅-空氣電池中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
Janus Hollow Nanofiber with Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn-Air Battery. Small. DOI: 10.1002/smll.202200578
