DOI: 10.1016/j.jechem.2023.03.054

随着对能量转换和存储设备要求的不断提高，可充电锌空气电池（ZAB）引起了人们的极大关注。使用方便的策略制造高效的双功能氧催化剂对于可充电ZAB至关重要。在本研究中，作者通过同轴静电纺丝和碳化工艺制备了具有分层多孔结构、含双金属ZIFs的电纺（ES）碳纳米纤维膜，其有望成为ZABs的双功能电催化剂。由于形成了Co-N4和Zn-N4双单原子位，所获得的ES-Co/Zn-CNZIF在氧还原反应（ORR）中表现出较好的性能，E1/2为0.857V，JL为5.52mA/cm²，高于Pt/C。同时，由于金属Co纳米颗粒的聚集，其表现出显著的析氧反应（OER）特性，过电位为462mV。此外，基于ES-Co/Zn-CNZIF碳纳米纤维膜的ZAB提供了215mW/cm²的峰值功率密度、802.6mAh/g的比容量和优异的循环稳定性，远大于基于Pt/C+RuO₂的ZABs。基于ES-Co/Zn-CNZIF的固态ZAB在不同的弯曲角度下表现出较好的柔性和稳定性。

图1.（a）ES-Co/Zn-CNZIF、（b）un-ES-Co/Zn-CNZIF和（c）Co/Zn-CNZIF的SEM和TEM图像；（d）ES-Co/Zn-CNZIF的HRTEM图像，插图为金属Co纳米粒子的选区电子衍射（SAED）图案；（e）ES-Co/Zn-CNZIF的STEM和相应的EDS图像。

图2.（a）ES-Co/Zn-CNZIF、un-ES-Co/Zn-CNZIF和Co/Zn-CNZIF的N₂吸附-解吸等温线，（b）孔径分布，（c）拉曼光谱，和（d）XRD图谱。

图3.ES-Co/Zn-CNZIF、un-ES-Co/Zn-CNZIF和Co/Zn-CNZIF的（a）C1s、（b）N1s、（C）Co2p和（d）Zn2p的高分辨率XPS光谱。

图4.（a）制备的样品和Pt/C在1600r/min下以及（b）ES-Co/Zn-CNZIF在不同扫描速率下的ORR-LSV曲线；（c）制备的样品和Pt/C的ORR Tafel斜率；（d）ES-Co/Zn-CNZIF和Pt/C在900r/min转速下的ORR i-t图；（e）ES-Co/Zn-CNZIF和Pt/C在0.65V下的i-t极，在约300s时加入3.0M甲醇；（f）制备的样品和Pt/C的H₂O₂产率（%）和电子转移数（n）。

图5.（a）ES-Co/Zn-CNZIF、un-ES-Co/Zn-CNZIF、Co/Zn-CNZIF和商业RuO₂的OER LSV曲线，（b）OER Tafel图，（c）奈奎斯特图；（d）ES-Co/Zn-CNZIF在电流密度为10mA/cm²时的计时电位曲线，以及ES-Co/Zn-CNZIF在2000次CV循环前后的LSV极化曲线；（e）ORR/OER双功能LSV曲线；（f）ORR E1/2和OER Ej=10mA/cm2之间的电位差。

图6.（a）Co相关样品的K-edge XANES光谱和（b）FT EXAFS光谱；（c）ES-Co/Zn-CNZIF中Co在R空间的EXAFS拟合曲线；（d）Zn相关样品的K-edge XANES光谱和（e）FT EXAFS光谱；（f）ES-Co/Zn-CNZIF中Zn在R空间的EXAFS拟合曲线；（g）三种Co相关样品和（h）三种Zn相关样品的WT图像。

图7.ES-Co/Zn-CNZIF形成的分子结构说明。

图8.（a）液态ZAB的结构组成；（b）ES-Co/Zn-CNZIF和Pt/C+RuO₂基液体ZABs的开路图，（c）充电和放电极化曲线，（d）放电极化曲线和相应的功率密度曲线，以及（e）比容量；（f）通过基于ES-Co/Zn-CNZIF的ZAB点亮一个LED的物理图片；（g）基于ES-Co/Zn-CNZIF和Pt/C+RuO₂的ZABs在10mA/cm²下的恒电流放电-充电循环曲线。

图9.（a）柔性ZAB的结构组成；（b）基于ES-Co/Zn-CNZIF和Pt/C+RuO₂的柔性ZABs的开路图以及（c）充电和放电极化曲线；（d）三个柔性ZABs点亮串联LED灯的实物图；（e）基于ES-Co/Zn-CNZIF和Pt/C+RuO₂的柔性ZABs的放电极化曲线和相应的功率密度；（f）基于ES-Co/Zn-CNZIF的ZAB在不同折叠角度下进行连续9小时的机械柔性测试。