文章链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c04945
单原子催化剂(SACs)已成为金属-空气电池中至关重要的空气阴极,但目前尚缺乏制备具有高催化活性和机械强度的整体式单原子催化剂(SACs)的方法。本文通过调节木质纤维素组分间的多重相互作用,重构了一种具有单原子位点的全天然木质碳气凝胶。纤维素纳米纤维(CNF)通过物理交织和强静电排斥作用构成有序支架,而木质素磺酸盐作为多功能生物配体,与金属离子配位并与CNF形成氢键,以防止相邻金属原子的团聚。所得碳气凝胶具有仿生通道有序的微观结构,含有M–N4活性位点(M = Cu、Fe和Co),从而表现出优异的机械弹性和氧还原与析出活性,半波电位为0.881 V。因此,基于SA-Cu@NCA的水性锌-空气电池(ZAB)具有779.3 mA h g–1的高比容量和长期稳定性,而采用SA-Cu@NCA作为集成阴极的柔性锌-空气电池即使在结构严重变形的情况下,仍能保持高比容量和出色的工作稳定性。本研究为柔性单原子催化剂的可持续生产提供了一种可行的方法,以用于可穿戴和便携式电子产品。
总之,我们构建了一种具有三维蜂窝状结构的弹性仿生双功能碳气凝胶催化剂。其中活性位点是通过利用 CNF 作为纳米结构单元和木质素磺酸盐作为有效的螯合剂来制造的。受益于有序通道以及丰富的纳米孔,催化剂显示出优异的 ORR 和 OER 活性,可实现 779.3 mA h g-1的高比容量以及长期稳定性。此外,以 SA-Cu@NCA 作为无粘结剂阴极的柔性固态 ZAB 的峰值功率密度为 98.5 mW cm–2以及在各种弯曲状态下表现出出色的循环稳定性。这项工作为开发柔性 SAC 在可穿戴和便携式电子设备中的应用提供了一种可行且可持续的策略。