DOI:10.1016/j.mtener.2020.100508

在这项工作中，负载在含氮碳纳米纤维上的铁钴尖晶石在碱性溶液中表现出显著的析氧反应（OER）活性，其超电势（η10mAcm-2）为130mV，是迄今为止文献中的最低值之一。这种材料还是氧还原反应（ORR）的极佳催化剂，可导致特殊的可逆行为（∆E=EOER-EORR=480mV），是金属-空气电池空气电极或涉及析氧或氧还原的电化学装置的一种经济且可扩展的候选材料。在本研究中，Fe部分取代了Co3O4尖晶石结构中的Co原子，以获得更经济实用的材料，通过使用先前用于Co3O4/CNF合成的静电纺丝制备工艺，生成了FeCo2O4/CNF。Co3O4/CNF尖晶石中铁的替代导致在1.36V（相对于RHE）下OER具有出色的起始电位，比纯尖晶石低120mV。FeCo2O4颗粒在碳纳米纤维表面上的最佳分布（粒径为3nm）可以暴露出丰富的活性位点（主要是Co3+和Fe3+），从而增强了对OER、Fe-Nx部分和N位点（N-石墨/吡啶）的活性，对ORR更为活跃。此外，FeCo2O4/CNF具有发达的多孔结构，有利于传质，该参数对ORR尤为重要。为了评估可充电碱金属空气电池催化剂的稳定性，进行了循环操作和计时电位实验，结果表明催化剂在24小时内保持稳定电位。

图1.空气中FeCo2O4/CNF的TG/DSC分析曲线。

图2.FeCo2O4/CNF的XRD图谱。

图3.FeCo2O4/CNF在低（a）和高（b）放大倍率下的TEM图像。（c）粒度分布。

图4.（a）FeCo2O4-CNF的N2吸附等温线和（b）孔径分布。

图5.FeCo2O4/CNF复合材料的XPS光谱：（a）全扫描光谱；（b）Co2p的核心能级谱；（c）Fe2p的核心能级谱；（d）N1s的核心能级谱；（e）C1s的核心能级谱；（f）O1s的核心能级谱。

图6.所评估的催化剂对氧还原和析氧反应的线性扫描伏安法分析，（b）插图显示了ORR（以1 mA cm-2计算）和OER（以10 mA cm-2计算）的过电势。扫描速率=5 mV s-1；6M KOH溶液。在该图中，ORR的电流密度为正。

图7.在氧气饱和的6M KOH溶液中，以±20 mA cm-2进行的充放电循环。

图8.采用计时电位法，在-80 mA cm-2下对FeCo2O4/CNF进行长期稳定性测试。