DOI: 10.1002/adfm.201910568

在金属和金属化合物之间构建异质界面是制备高性能电催化剂的一种有吸引力的策略。然而，实现两种不同金属组分的高度融合形成异质界面仍然是一个巨大的挑战，因为在大多数情况下，不同的金属组分往往会分开生长。本文采用羧基改性的碳纳米管稳定不同的金属离子，在静电纺丝-煅烧过程中，在多孔碳纳米纤维（Ni|MnO/CNF）中实现了丰富的Ni|MnO异质界面的工程化。值得注意的是，所得的Ni|MnO/CNF催化剂显示出的活性是氧还原反应和析氧反应催化作用的最佳记录。此外，该催化剂在锌-空气电池中也表现出高功率密度和长循环寿命。其出色的电化学性能主要归因于具有强的Ni/Mn合金相互作用的缺氧Ni|MnO异质界面工程与一维多孔CNF载体之间的协同作用。这种用于引发双金属异质界面的简单锚定策略为在实际的可持续能源应用中使用异质材料创造了极好的机会。

图1. a）Ni|MnO/CNF催化剂的制备过程示意图，b，c）SEM图像，d）TEM图像，e）大面积元素映射图像，f）XRD图案，以及g）高分辨率HAADF-STEM图像。h）Ni/MnO颗粒的HAADF-STEM图像和相应的元素映射图像。

图2.Ni|MnO/CNF的核心能级XPS光谱与Ni/CNF和MnO/CNF的能级XPS光谱的比较：a）Ni 2p，b）Mn 2p。Ni-MnO/CNF的核心能级XPS光谱与Ni/CNF和MnO/CNF的能级XPS光谱的比较：c）Ni 2p，d）Mn 2p。e）Ni|MnO/CNF、Ni-MnO/CNF和MnO/CNF的XRD图谱的比较。f）Ni-MnO/CNF和Ni|MnO/CNF的晶体结构。g）CNT-COOH锚定策略的说明，该策略倾向于在CNF中引发双金属异质界面。

图3.a）Ni|MnO CNF作为双功能氧催化剂的示意图。b）制备的催化剂和Pt/C在0.1 M KOH中的ORR极化曲线。c）制备的催化剂在0.8 V时的动力学电流密度和ORR电子转移数，d）Ni|MnO/CNF的ORR LSV曲线和e）相应K-L图。f）制备的催化剂和RuO2在0.1 M KOH中的OER CV曲线，以及g）相应Tafel斜率。h）将这项工作中的材料的双功能氧电催化活性与参考文献中的代表性电催化剂进行比较。

图4.a）Ni|MnO界面处MnO的结构演变。b）氧的吸附行为，以及Ni|MnO界面上的氧还原反应的图示。

图5.a）定制的锌-空气电池的数码照片。b）碳纸电极上Pt/C+RuO2墨水（左）和Ni|MnO/CNF墨水（右）涂层的示意图和SEM图像。c）Ni|MnO/NF基和Pt/C+RuO2基锌-空气电池的放电和充电电压循环曲线。d）Ni|MnO/CNF基锌-空气电池的开路图。插图显示了锌-空气电池的高开路电压（1.563 V）。e）重复循环的充放电电压变化和f）Ni|MnO/CNF基和Pt/C+RuO2基锌-空气电池的放电极化曲线和相应的功率密度图。