DOI:10.1016/j.mtener.2020.100508
在這項工作中，負載在含氮碳納米纖維上的鐵鈷尖晶石在堿性溶液中表現出顯著的析氧反應（OER）活性，其超電勢（η10mAcm-2）為130mV，是迄今為止文獻中的最低值之一。這種材料還是氧還原反應（ORR）的極佳催化劑，可導致特殊的可逆行為（?E=EOER-EORR=480mV），是金屬-空氣電池空氣電極或涉及析氧或氧還原的電化學裝置的一種經濟且可擴展的候選材料。在本研究中，Fe部分取代了Co3O4尖晶石結構中的Co原子，以獲得更經濟實用的材料，通過使用先前用于Co3O4/CNF合成的靜電紡絲制備工藝，生成了FeCo2O4/CNF。Co3O4/CNF尖晶石中鐵的替代導致在1.36V（相對于RHE）下OER具有出色的起始電位，比純尖晶石低120mV。FeCo2O4顆粒在碳納米纖維表面上的最佳分布（粒徑為3nm）可以暴露出豐富的活性位點（主要是Co3+和Fe3+），從而增強了對OER、Fe-Nx部分和N位點（N-石墨/吡啶）的活性，對ORR更為活躍。此外，FeCo2O4/CNF具有發達的多孔結構，有利于傳質，該參數對ORR尤為重要。為了評估可充電堿金屬空氣電池催化劑的穩定性，進行了循環操作和計時電位實驗，結果表明催化劑在24小時內保持穩定電位。
圖1.空氣中FeCo2O4/CNF的TG/DSC分析曲線。
圖2.FeCo2O4/CNF的XRD圖譜。
圖3.FeCo2O4/CNF在低（a）和高（b）放大倍率下的TEM圖像。（c）粒度分布。
圖4.（a）FeCo2O4-CNF的N2吸附等溫線和（b）孔徑分布。
圖5.FeCo2O4/CNF復合材料的XPS光譜：（a）全掃描光譜；（b）Co2p的核心能級譜；（c）Fe2p的核心能級譜；（d）N1s的核心能級譜；（e）C1s的核心能級譜；（f）O1s的核心能級譜。
圖6.所評估的催化劑對氧還原和析氧反應的線性掃描伏安法分析，（b）插圖顯示了ORR（以1 mA cm-2計算）和OER（以10 mA cm-2計算）的過電勢。掃描速率=5 mV s-1；6M KOH溶液。在該圖中，ORR的電流密度為正。
圖7.在氧氣飽和的6M KOH溶液中，以±20 mA cm-2進行的充放電循環。
圖8.采用計時電位法，在-80 mA cm-2下對FeCo2O4/CNF進行長期穩定性測試。
