DOI: 10.1016/j.electacta.2022.140279

金属有机框架（MOFs）具有较高的O2亲和力和可接近的活性中心，在提高锂-氧气（Li-O2）电池性能方面显示出巨大的应用潜力。在此，研究者采用静电纺丝技术和双金属沸石咪唑骨架（ZIF-8/ZIF-67，一种MOF）前驱体，以及随后的退火和水热处理开发了一种嵌入钴纳米粒子的多孔氮（N）和硫（S）共掺杂碳纳米纤维（Co@N/S-CNF）。当用作Li-O2电池的阴极催化剂时，与Co@N-CNF电极相比，Co@N/S-CNF样品表现出较高的放电容量（50mA/g下为9290.7mAh/g）和较好的循环稳定性（在100mA/g下循环42次，缩减容量为500mAh/g）。增强的性能可归因于一维多孔形态和N/S掺杂效应，可有效改善质量传输，增加暴露的活性位点，并诱导结构缺陷，从而加速放电产物的形成和分解进程。这种简单的合成策略为设计和开发能源和电催化领域的MOFs基多功能催化剂提供了新的思路。

图1.（a）PAN/Zn/Co、（b）PAN/ZIF-8/ZIF-67、（c）Co@N-CNF和（d）Co@N/S-CNF的SEM图像，（e）Co@N/S-CNF的TEM图像，（f）HRTEM图像，相应的（g）SAED图谱和（h）元素映射。

图2.（a）PAN/ZIF-8/ZIF-67、（b）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF的XRD图谱，（c）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF的拉曼光谱，（d）Co@N/S-CNF的N2吸附-解吸等温线。

图3.（a）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF的XPS全扫描光谱，（b）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF的（b）Zn2p，（c）Co@N/S-CNF的S2p，（d,e,f）Co@N/S-CNF的Co2p、N1s和C1s，以及（g,h,i）Co@N-CNF的Co2p、N1s和C1s 高分辨率XPS光谱。

图4.（a）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF在O2饱和0.1M KOH中于5mV/s下的CV曲线，（b）在5mV/s下的ORR和（c）OER极化曲线，（d）ORR和OER过程的E1/2和Ej=10mA/cm2。

图5.（a）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF在扫描速率为0.2mV/s、电压范围为2.0-4.5V（vs.Li/Li+）时的循环伏安曲线，（b,c）在50-300mA/g的不同电流密度下，有限放电比容量为500mAh/g时的倍率性能，（d,e）在50-300mA/g不同电流密度下的初始充放电性能，（f）不同电流密度下的对应额定容量，（g,h）电流密度为100mA/g、有限放电比容量为500mAh/g时的循环性能，（i）终端电压与循环次数之间的关系。

图6.（a,d）原始、以及（b,e）在电流密度为100mAg时完全放电和（c,f）再充电的Co@N-CNF和Co@N/S-CNF电极的SEM照片。（g）原始、放电和充电状态下Co@N/S-CNF电极的奈奎斯特图，频率范围为100kHz至0.1Hz，（h）原始、放电和充电状态下Co@N/S-CNF电极的XRD图，（i）原始、放电和再充电状态下Co@N/S-CNF电极的放大XRD图谱。

图7.放电和充电状态下Co@N/S-CNF阴极的（a）Co2p，（b）Li1s和（c）O1s XPS分析，（d和e）Co@N-CNF和Co@N/S-CNF的吸附-解吸机理示意图。