DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.161588

开发高效且低成本的析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）双功能催化剂是建立可再生能源系统的重大科学问题。在此，研究者提出了一种源自双金属有机骨架的双功能氧电催化剂。采用自下而上的方法（改进的相互扩散路线）合成了二维（2-D）CoNi-BDC（BDC=苯二甲酸）。通过将CoNi-BDC和双氰胺（DCD）静电纺丝到聚丙烯腈（PAN）聚合物中，随后进行煅烧处理制备了嵌入层状CoNi纳米合金的N掺杂碳纳米纤维（CoNi-N-CNFs）。利用CoNi纳米合金和N掺杂碳之间的协同相互作用，合成的CoNi-N-CNFs催化剂在OER和ORR方面表现出出色的催化性能。CoNi-N-CNFs-60在1M KOH中于10mA·cm-2下的过电位低至229mV，半波电位为0.823V，有望成为锌空气电池中有希望的高效空气电极。分层1-D/2-D复合结构和多孔形态通过暴露更多的活性CoNi-N位点在提高电催化性能方面发挥着关键作用。

图1.CoNi-N-CNFs-x（x=20,40,60）的XRD图（a）；N2吸附-解吸等温线（b）和BJH孔径分布曲线（c）。

图2.CoNi-N-CNFs-20（a,d）；CoNi-N-CNFs-40（b,e）；CoNi-N-CNFs-60（c,f）的SEM图像。CoNi-N-CNFs-60的SEM-EDS图像（g,h）。

图3.CoNi-N-CNFs-60的TEM图像（a-e）和EDS映射图像（f）。

图4.CoNi-N-CNFs-60的X射线光电子能谱。全扫描光谱（a）；O1s（b）；C1s（c）；N1s（d）；Co2p（e）和Ni2p（f）。

图5.CoNi-N-CNFs-x和RuO2的LSV曲线（a）；在500次CV测试循环之前和之后CoNi-N-CNFs-60的LSV曲线（b）；CoNi-N-CNFs-x和RuO2的Tafel图（c）；CoNi-N-CNFs-x在5mV/s扫描速率下的CV曲线（d）；1.025V下的电流密度与扫描速率的关系图，以确定双层电容Cdl（e）；CoNi-N-CNFs-x的电化学阻抗谱（f）。

图6.CoNi-N-CNFs-60在O2和N2饱和的1M KOH中的CV曲线（a）；CoNi-N-CNFs-x在10mV/s扫描速率下的CV曲线（b）；CoNi-N-CNFs-x和5％Pt/C在1600rpm转速下的LSV曲线（c）；CoNi-N-CNFs-60在10mV/s扫描速率和不同转速下的LSV曲线（d）；CoNi-N-CNFs-x和5％Pt/C的Tafel曲线（e）；CoNi-N-CNFs-60在500次CV测试循环前后的LSV曲线（f）。

图7.一枚自制锌空气电池的开路电压照片（a）；CoNi-N-CNFs-60在OER/ORR全区的极化曲线，插图：由两个串联的锌空气电池点亮的LED面板的数字图像（b）；基于CoNi-N-CNFs-60的锌空气电池放电极化及相应的粉体密度曲线（c）；配备CoNi-N-CNFs-60的可充电锌空气电池在5mA/cm2电流密度下的恒电流充放电循环性能（d）；不同电流密度下的恒电流放电曲线（e）；在O2饱和的1M KOH溶液中于0.7V（vs.RHE）和1600rpm下的计时电流（CA）响应，在1000秒时加入甲醇（f）。