磁性过渡金属-多孔碳纳米纤维催化材料的简单制备方法
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锌空气电池作为一种清洁能源，由于其高能量密度和高安全性，在可持续储能领域显示了广阔的发展前景。然而，锌-空气电池面临诸如稳定性差和功率密度低的问题，这与空气阴极催化反应密切相关。
传统的贵金属催化剂具有出色的电催化活性。然而，高成本和差的稳定性限制了它们的大规模应用。
因此，具有优异的催化活性和稳定性的非贵金属催化剂的进一步开发已经成为重要的挑战。过渡金属多孔碳纳米纤维材料具有丰富的孔隙和电子结构，低成本，可调节的结构以及许多催化活性位点，在取代贵金属催化剂方面显示出广阔的应用前景。
然而，多孔碳纳米纤维的合成是复杂的，并且过渡金属容易附聚，这使得难以进一步提高其催化活性。针对上述问题，东华大学纺织科技创新中心的于建勇院士，丁斌研究员，严建华研究员提出了一种原位电纺丝技术，该技术直接将金属钴纳米点（CoNPs）掺入大孔碳纳米管中。
点原位。在纤维中，制备了具有高孔隙率（90％）的磁性催化剂，并且“磁增强”被制备成具有高孔隙率的磁性催化剂。
策略是创新提出的。利用磁性催化剂的特性，通过中等（350mT）的外部磁场可以增强催化活性。
。相关结果“用电磁感应的电磁催化剂直接增强电磁催化ORR / OER”。
该论文于2020年12月在国际知名期刊《先进材料》上在线发表。论文的共同通讯作者是严建华研究员和丁斌研究员。
图1是示出磁性催化剂的制备及其催化增强机理的图。在外部磁场的作用下，磁性CoNPs首先被磁化成纳米磁铁，在大孔周围形成各向同性的磁畴，促进电解质和O2的扩散，并增加氧中间体的吸附。
此外，碳纳米纤维的多孔结构在内部空间中形成磁涡旋，从而促进了某些Co电子从低旋向高旋的跃迁，并在其3d轨道中产生更多不成对的电子。同时，CoNPs自旋磁矩的增加可以减小电子转移活化能垒，从而在氧析出还原反应中提供更有效的四电子转移过程，并提高氧催化活性。
图1.磁性碳纳米纤维催化剂（MCN）的合成方法和氧催化活性的磁性增强机理。 （a）通过溶胶-凝胶电纺丝和热解制备柔性多氯化萘的示意图； （b）对ORR和OER中的磁增强的描述； （c）Co从低自旋向高自旋的电子跃迁； （d）氧气产生和还原反应中的四电子转移过程。
图2显示了外部磁场在锌空气电池中ORR / OER的增强结果。在外部磁场的作用下，MCN的ORR的半波电势增加了20mV，OER响应在10mA / cm2时的过电势也降低了15mV。
更重要的是，MCN催化剂可直接用作锌-空气电池的双功能催化剂。与市售Pt / C + IrO2催化剂相比，其容量增加了2.5倍，充放电寿命超过155小时。
图2.在磁场作用下MCN的催化结果和电池显示。 （ab）带有和不带有外部磁场的MCN电极的ORR和OER测试的LSV曲线； （c）基于MCN和Pt / C + IrO2的锌空气电池的放电极化曲线和功率密度； （d）基于MCN的Pt / C + IrO2在2mA / cm2的锌-空气电池的长期循环性能（e）电池展示摘要作者成功开发了一种磁性过渡金属-多孔碳纳米纤维催化的简单制备方法提出了一种“磁增强”策略来实现可充电锌空气电池的直接磁增强，这为在磁场领域实现外部磁场的磁极化增强提供了更多有趣的可能性。
能量存储和转换。进一步发展具有重要的指导意义。
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