随着全球能源转型加速，急需开发高效可持续的储能技术。锌空气电池凭借高理论能量密度和低成本的优势成为有力竞争者。其性能的进一步提升，关键在于开发高效的氧还原与氧析出反应催化剂。通过静电纺丝技术与金属有机框架（MOF）结合，将MOF集成到连续纳米纤维网络中可以有效避免MOF结构坍塌、低导电性以及活性位点溶出等问题。所制备的静电纺丝-MOF复合材料能有效提高锌空气电池的电化学性能。
近日，东北大学伊廷锋教授团队在《Chinese Journal of Catalysis》期刊上发表了题为“Electrospinning technology combined with MOFs: Bridging the development of high-performance zinc-air batteries”的综述文章。该文章系统阐述了静电纺丝与MOF的复合材料在锌空气电池领域的研究进展。讨论了两者结合的独特优势，深入分析了不同纤维结构的形貌特点及其对电催化性能的影响。总结了性能强化策略并展望了基于静电纺丝纳米纤维的氧电催化剂的发展前景与未来研究方向。
图1：代表性实例和发展时间线
1、静电纺丝技术能够将MOF颗粒均匀组装在纳米纤维上，形成开放互联的立体结构，这种结构能分散并暴露更多活性位点，从而提升吸附与催化性能。通过讨论电纺丝技术原理与MOF前驱体特性，总结了二者的协同效应及复合制备策略。
2、将静电纺丝-MOF复合材料作为氧电催化剂应用于锌空气电池中的材料纤维形貌进行分类，主要分为多孔、中空、核壳及珠状结构。构建不同纤维形貌与性能提升的关系框架。将不同纤维形貌及其带来的性能提升进行对比，彰显静电纺丝-MOF复合材料作为氧电催化剂的独特优势。
3、研究了不同过渡金属中心对催化活性的影响。讨论了双金属体系的发展优势，并进一步探讨了三金属体系与新技术的融合发展前景。此外，总结了杂原子掺杂与缺陷工程的协同调控对于催化剂性能的提升。助力应用于锌空气电池领域的高性能纤维基氧电催化剂的发展。
图2：不同的纤维形貌和性能提升策略
尽管静电纺丝-MOF复合材料在氧电催化领域展现出巨大潜力，但仍有许多挑战需要深入研究和解决。未来研究可以聚焦于：
(1) 工业应用：应集中于提高生产效率并促进跨学科合作，以推动静电纺丝-MOF复合材料在锌空气电池中的实际应用。
(2)双功能性能的开发与单原子位点：研究应侧重于优化静电纺丝和热解的参数，以精确调控单原子催化剂的配位结构，开发双功能性能。
(3) 人工智能与机器学习的潜力：构建全面的数据库，将人工智能与原位表征技术相结合，并开发闭环优化平台。
(4) 深入理解催化活性起源：建立实际条件下的动态结构-性能模型，合理指导材料的优化。
(5) 自支撑材料：应强调开发柔性、自支撑电极材料，增强其在柔性锌空气电池中的应用。
(6) 稳定性挑战：需增强耐腐蚀性并确保长期运行可靠性。
图3：未来挑战与展望
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1872206725648170
人物简介：
伊廷锋教授 东北大学教授(三级)、博士生导师，秦皇岛分校副校长。主要研究方向为新能源材料及其第一性原理计算。先后入选安徽省技术领军人才、江苏省双创人才、河北省333人才工程第二层次人选、河北省普通本科院校教学名师、河北省师德标兵、河北省拔尖人才(专技)、2019年度科睿唯安(Clarivate Analytics) 材料科学(Materials Science)领域和交叉领域(Cross-Field)“Top 1%审稿人”、全球Top 2% Scientists榜单、全球顶尖前10万科学家排名、获第十四届河北省青年科技奖、河北省科学技术奖自然科学二等奖(排名第一)。担任《物理化学学报》《Rare Metals》《有色金属工程》编委。主持国家自然科学基金项目6项，近年来，在Energy & Environmental Science、Advanced Materia、Advanced Energy Material、Advanced Functional Material(6篇)、Applied Catalysis B: Environmental、Science Bulletin (2篇)、Coordination Chemistry Reviews (12篇)、Energy Storage Materials(9篇)等国际期刊上发表第一/通讯作者SCI收录论文250余篇，被引用13000余次，H因子64，33篇论文入选ESI高引论文，8篇论文入选ESI热点论文，授权排名第一发明专利16项，荷兰专利2项。作为主编编著出版《锂离子电池电极材料》 《钠离子电池技术与应用》著作2部，其中前者入选“十三五”国家重点出版物出版规划项目和河北省“十四五”普通高等教育本科规划教材，获2020年度化学工业出版社优秀图书奖。
