DOI: 10.1002/adma.202007525
設計穩定高效且低成本的氧還原和析氧反應（ORR/OER）電催化劑是一項巨大的挑戰。在此，研究者報道了一種碳基磁性納米籠雙功能催化劑，它可以通過施加適度的磁場（350mT）直接提高氧催化活性。采用簡單的靜電紡絲法在大孔碳納米纖維中原位摻雜金屬鈷納米點（≈10nm），制備了孔隙率為90％，電導率為905 S mm-1的催化劑。外部磁場使鈷磁化為具有高自旋極化的納米磁體，促進了氧中間體的吸附和電子轉移，從而大大提高了催化效率。令人印象深刻的是，對于ORR，半波電勢增加了20mV，對于OER，在10 mA cm-2下的過電位減少了15mV。與商用Pt/C+IrO2催化劑相比，磁催化鋅空氣電池的容量提高了2.5倍，并且在155h內表現出更長的耐久性。該研究結果指出了利用電磁感應提高氧催化活性的一種很有前途的策略。
圖1.MCN的合成方案和氧催化活性的磁增強機理。a）使用溶膠-凝膠靜電紡絲和熱解法制備柔性MCN的示意圖。b）在ORR和OER中實現磁增強的示意圖。c）Co從低自旋到高自旋的電子躍遷。d）在析氧和還原反應過程中的四電子轉移過程。
圖2.材料表征。a）MCN膜的橫截面圖，插圖是在滾動狀態下的柔性MCN膜。b）纖維MCN的表面圖像，插圖是單個尺寸約為10nm的Co-納米點。c）MCN的TEM圖像，其中鈷納米點結晶良好。d）PCNFs和MCN的XRD圖譜。e）MCN中Co 2p的XPS光譜。f）MCN和PCNF催化劑膜的VSM曲線。g，h）PCNFs和MCN的N2吸附-解吸等溫線。i）PCNFs和MCN的拉曼光譜。
圖3.雙功能電催化活性測量和磁場效應。a）在O2-和N2-飽和的0.1M KOH中，以50 mV s-1的掃描速率測得的MCN和Pt/C電極的CV曲線。MCN、PCNF和Pt/C電極進行b）ORR和c）OER的LSV曲線。在有無磁場的情況下，MCN電極進行d）ORR和e）OER的LSV曲線。f）磁場下MCN電極的ORR和OER耐久性。g）在磁場下，以不同轉速測得的LSV曲線。插圖是不同電勢下的K-L圖。h）MNC、PCNF和Pt/C電極以及i）MNC、PCNF和IrO2電極的Tafel圖。
圖4.磁場下可充電ZAB的電化學性能。a）在磁場下工作的鋅空氣電池的示意圖。b）MCN和Pt/C+IrO2基ZAB的放電極化曲線和功率密度。c）MCN和Pt/C+IrO2基ZAB在10 mA cm-2下的比容量。d）MCN和Pt/C+IrO2基ZAB在2 mA cm-2下的長期循環性能。MCN基ZAB在e）10 mA cm-2和f）2 mA cm-2下的一些特定電壓曲線。g）MCN和Pt/C+IrO2基ZAB的極化電壓分布；h）使用三個電池組點亮6個燈泡的演示。
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