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鋅空氣電池作為一種清潔能源，由于其高能量密度和高安全性，在可持續(xù)儲(chǔ)能領(lǐng)域顯示了廣闊的發(fā)展前景。

然而，鋅-空氣電池面臨諸如穩(wěn)定性差和功率密度低的問題，這與空氣陰極催化反應(yīng)密切相關(guān)。

傳統(tǒng)的貴金屬催化劑具有出色的電催化活性。

然而，高成本和差的穩(wěn)定性限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。

因此，具有優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性的非貴金屬催化劑的進(jìn)一步開發(fā)已經(jīng)成為重要的挑戰(zhàn)。

過渡金屬多孔碳納米纖維材料具有豐富的孔隙和電子結(jié)構(gòu)，低成本，可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)以及許多催化活性位點(diǎn)，在取代貴金屬催化劑方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

然而，多孔碳納米纖維的合成是復(fù)雜的，并且過渡金屬容易附聚，這使得難以進(jìn)一步提高其催化活性。

針對(duì)上述問題，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心的于建勇院士，丁斌研究員，嚴(yán)建華研究員提出了一種原位電紡絲技術(shù)，該技術(shù)直接將金屬鈷納米點(diǎn)（CoNPs）摻入大孔碳納米管中。

點(diǎn)原位。

在纖維中，制備了具有高孔隙率（90％）的磁性催化劑，并且“磁增強(qiáng)”被制備成具有高孔隙率的磁性催化劑。

策略是創(chuàng)新提出的。

利用磁性催化劑的特性，通過中等（350mT）的外部磁場可以增強(qiáng)催化活性。

。

相關(guān)結(jié)果“用電磁感應(yīng)的電磁催化劑直接增強(qiáng)電磁催化ORR / OER”。

該論文于2020年12月在國際知名期刊《先進(jìn)材料》上在線發(fā)表。

論文的共同通訊作者是嚴(yán)建華研究員和丁斌研究員。

圖1是示出磁性催化劑的制備及其催化增強(qiáng)機(jī)理的圖。

在外部磁場的作用下，磁性CoNPs首先被磁化成納米磁鐵，在大孔周圍形成各向同性的磁疇，促進(jìn)電解質(zhì)和O2的擴(kuò)散，并增加氧中間體的吸附。

此外，碳納米纖維的多孔結(jié)構(gòu)在內(nèi)部空間中形成磁渦旋，從而促進(jìn)了某些Co電子從低旋向高旋的躍遷，并在其3d軌道中產(chǎn)生更多不成對(duì)的電子。

同時(shí)，CoNPs自旋磁矩的增加可以減小電子轉(zhuǎn)移活化能壘，從而在氧析出還原反應(yīng)中提供更有效的四電子轉(zhuǎn)移過程，并提高氧催化活性。

圖1.磁性碳納米纖維催化劑（MCN）的合成方法和氧催化活性的磁性增強(qiáng)機(jī)理。

（a）通過溶膠-凝膠電紡絲和熱解制備柔性多氯化萘的示意圖； （b）對(duì)ORR和OER中的磁增強(qiáng)的描述； （c）Co從低自旋向高自旋的電子躍遷； （d）氧氣產(chǎn)生和還原反應(yīng)中的四電子轉(zhuǎn)移過程。

圖2顯示了外部磁場在鋅空氣電池中ORR / OER的增強(qiáng)結(jié)果。

在外部磁場的作用下，MCN的ORR的半波電勢(shì)增加了20mV，OER響應(yīng)在10mA / cm2時(shí)的過電勢(shì)也降低了15mV。

更重要的是，MCN催化劑可直接用作鋅-空氣電池的雙功能催化劑。

與市售Pt / C + IrO2催化劑相比，其容量增加了2.5倍，充放電壽命超過155小時(shí)。

圖2.在磁場作用下MCN的催化結(jié)果和電池顯示。

（ab）帶有和不帶有外部磁場的MCN電極的ORR和OER測試的LSV曲線； （c）基于MCN和Pt / C + IrO2的鋅空氣電池的放電極化曲線和功率密度； （d）基于MCN的Pt / C + IrO2在2mA / cm2的鋅-空氣電池的長期循環(huán)性能（e）電池展示摘要作者成功開發(fā)了一種磁性過渡金屬-多孔碳納米纖維催化的簡單制備方法提出了一種“磁增強(qiáng)”策略來實(shí)現(xiàn)可充電鋅空氣電池的直接磁增強(qiáng)，這為在磁場領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)外部磁場的磁極化增強(qiáng)提供了更多有趣的可能性。

能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。

進(jìn)一步發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。