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ACS Nano：分層組裝的氮氧化鈷納米棒和N摻雜碳納米纖維用于高效的雙功能氧電催化，具有出色的再生效率

氧基電催化是清潔和可持續(xù)能源轉(zhuǎn)換/儲(chǔ)存系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，但是開(kāi)發(fā)具有高活性和耐用性的經(jīng)濟(jì)型雙功能可逆電催化劑還面臨巨大挑戰(zhàn)。其中，最關(guān)鍵是定制的多孔結(jié)構(gòu)和單獨(dú)呈現(xiàn)的用于氧還原和析氧反應(yīng)（ORR和OER）的活性中心沒(méi)有相互干擾。近日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院（KIST）Jin Young Kim和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高等研究院（KAIST）Il-Doo Kim（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種由在N摻雜碳納米纖維（NCNF）上垂直生長(zhǎng)的鞘核氧氮化鈷（CoO_x@CoN_y）納米棒組成的雜化材料。

圖1. 性能對(duì)比

刷子似的CoOx@CoNy 由金屬Co4N核和氧化表面組成的納米棒在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性（10 mA cm 2時(shí)E=1.69 V）。由金屬Co₄N核和氧化表面組成的刷子狀CoO_x@CoN_y納米棒在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性，在電流密度為10 mA cm^-2時(shí)，電壓（E）為1.69 V。

圖2. 材料的制備與表征

雖然原始的NCNF或CoO_x@CoN_y在ORR中，單獨(dú)的催化活性較差，但雜化材料的ORR性能顯著提高（電流密度為3 mA cm^-2時(shí)，E=0.78 V）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與密度泛函理論（DFT）計(jì)算相結(jié)合，證實(shí)了具有氧化皮層的CoO_x@CoN_y納米棒的較寬比表面積提高了催化OER性能，而ORR中間體的容易吸附和快速界面電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生在CoO_x@CoN_y納米棒和導(dǎo)電NCNF之間的界面。此外，CoO_x@CoN_y/NCNF催化劑中獨(dú)立的催化活性位點(diǎn)在往返ORR/OER過(guò)程中持續(xù)再生和維持，不會(huì)相互干擾，從而保證鋅-空氣電池穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖3. ORR和OER催化性能

Hierarchically Assembled Cobalt Oxynitride Nanorods and N-Doped Carbon Nanofibers for Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis with Exceptional Regenerative Efficiency.?ACS Nano,?2021, DOI: 10.1021/acsnano.0c09905.

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09905.

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