可充电锌-空气电池(RZABs)因其环境可持续性和异常高的理论能量密度(1350 kWh kg-1)而被认为是理想的绿色能量转换装置。然而，空气阴极中氧还原反应(ORR)和氧化反应(OER)过程的缓慢反应动力学显著阻碍了它们的大规模应用。目前，商业可用的ORR电催化剂主要是Pt基材料，而OER电催化剂主要是Ir和Ru基材料。
然而，贵金属的高成本、低丰度、耐用性差和单一功能限制了它们在该领域的实际应用。因此，开发高效、稳定和经济高效的双功能ORR/OER电催化剂作为这些贵金属基催化剂的替代品至关重要。
近日，中国石油大学(北京)李永峰和杨帆等采用原位聚合策略，高效快速地合成了一种层状碳纤维催化剂(FeCoOx/FeN-C)，其中原子分散的Fe-Nx涂层与Fe SAC和氧化钴纳米颗粒作为核心。
作为一种有效的双功能氧电催化剂，FeCoOx/FeN-C催化剂的ORR半波电位为0.91 V，在10 mA cm-2电流密度下的OER过电位为350 mV，ΔE为0.67 V，是迄今为止报道的最优的双功能电催化剂之一。
此外，利用FeCoOx/FeN-C作为正极组装的锌-空气电池的功率密度为184.8 mW cm-2，循环持续时间超过30小时，稳定循环能力超过580次。
理论计算表明，FeCoOx的掺杂使得引入了额外的电子，优化了氧中间体的吸附容量，有效提高了固有ORR活性；尖晶石型铁氧体的特殊几何结构提供了优异的OER催化性能。更具体地说，FeCoOx的掺杂改善了催化剂的金属特性，诱导了Fe-Nx位点的电子密度再分配，使Fe的d带中心更接近费米能级(Ef)，提高了催化剂内的轨道能级，并优化了OER/ORR中间体的吸附特性，加速反应的进行。
总的来说，该项研究设计了具有单原子耦合催化剂的尖晶石结构氧化物颗粒来有效提升氧电催化活性，对于开发具有高催化稳定性、高活性和高成本效益的可持续双功能电催化剂具有指导意义。
Tailoring oxygen electrocatalytic performance via construction of iron-cobalt oxides and FeN4 sites on hierarchical carbon fibers for efficient zinc-air batteries. Advanced Functional Materials, 2025.DOI: 10.1002/adfm.202422039