金属有机框架衍生的三维有序多孔碳纳米材料用于高效碱性锌空气电池

设计和制备高催化活性和高稳定性的非贵金属催化剂对金属-空气电池和燃料电池研究具有重要意义.本文中,我们通过二氧化硅模板法和碳纳米管(CNT)生长对金属有机框架ZIF-8进行碳化,合成了一种分级三维有序多孔碳纳米材料.进一步通过添加铁源,高温热解获得的多孔mFeNC-CNT具有精细的Fe基纳米颗粒以及原子分散Fe-Nx位点.三维多孔结构降低了电荷传输阻力,使得铁、氮共掺杂碳表现出与商业Pt/C相当的氧还原反应(ORR)性能.同时,在尿素催化下得到的交织CNT在电化学过程中进一步缩短了离子和电子的扩散途径.实验和理论计算结果表明,优化后的mFeNC-CNT在锌空气电池上表现出较高的ORR活性.综上,这项工作为用于能量存储、转换和传输应用的高性能非贵金属基电催化剂的合理设计和简便合成提供了一种有前景的策略.