鋅空氣電池以其原材料豐富和能量密度高等特點具有巨大的應用潛力，但因為電極反應的惰性致其發展一直被桎梏。尋找價格低廉并且長期穩定的高效氧還原反應（ORR）電催化劑對鋅空電池的發展實為重要。在環境有好的理念下，近年來摻雜碳材料掀起了ORR催化劑材料研究的熱潮，并廣泛地應用于電催化及金屬空氣電池中。其中Metal Organic Framework (MOF)因其自身具有豐富的金屬元素、含非金屬雜原子的配體等特點，成為了一種重要的碳基前驅體材料。在對材料結構的不斷探索創新中，MOF與低維材料的相結合又進一步添加了形貌調控的可觀元素。研究發現，一維碳納米纖維材料相互之間搭接形成的網絡不僅能提供電子高質量傳輸通道，同時又可賦予良好的自支撐性能和柔性特征。另一方面，在與MOF的結合調控下活性位點可以均勻地排布在碳納米纖維網格中。
同濟大學材料科學與工程學院劉睿教授課題組利用靜電紡絲技術制備了Fe-N/Fe-P摻雜的項鏈狀多孔碳納米纖維ORR催化劑(Fe-P/NHCF)。通過調節Zn/Fe-ZIF前驅體的比例，經高溫碳化和磷化處理后，獲得的碳納米纖維具有空心大孔和介孔結構，而雙活性位點Fe-N/Fe-P均勻摻雜在柔性碳納米纖維材料中，同步實現了摻雜與多級孔制備過程。得益于良好的電子傳輸能力，適合的比表面積和高活性位點的存在，該材料不僅表現了優異的ORR和液態鋅空電池性能，又可以作為自支撐材料直接用作固態電池的正極。在自組裝的固態鋅空測試中，Fe-P/NHCF所組成的電池提供了1.32V的開路電壓。以兩塊串聯的鋅空電池為電力驅動可以點亮一個2.0 V的LED燈泡，且經過40次充放電的測試后其性能沒有明顯的衰減。此外，因為加入磷化處理步驟，該催化劑在酸性條件下也表現出與商業催化劑20 wt% Pt/C相當的ORR催化性能，進一步擴大了它的適用范圍。
將MOF和靜電紡絲結合起來的方法適用性廣泛、制備方式簡單、更多不同成分的材料有待挖掘。此項研究符合綠色化學的發展理念，并為設計高效穩定的ORR催化材料開辟了新路徑。相關論文以“Pearl Necklace Fibrous Carbon Sharing Fe–N/Fe–P Dual Active Sites as Efficient Oxygen Reduction Catalyst in Broad Media and for Liquid/Solid-State Rechargeable Zn–Air Battery”為題，發表在Energy Technology(DOI:10.1002/ente.201901263)上，并于當期Inside Back Cover做簡要介紹。
相關鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.201901263
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