功能性碳基微纤维作为双功能氧电催化剂（Fe/Co/N/S共掺杂）在可再生能源中的应用

本文报道了一种通过静电纺丝和可控热解技术合成的Fe、Co、S、N共掺杂碳微纤维催化剂（PAN–Fe/Co–1/15S），其在碱性介质中表现出卓越的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）双功能活性，半波电位达0.89 V，OER过电位仅320 mV（10 mA cm?2），优于Pt/C和RuO?基准催化剂。该材料独特的微纤维结构和高比表面积确保了活性位点的均匀分布，理论计算揭示FeS2N2与CoN4位点的协同作用优化了氧中间体吸附，显著提升反应动力学，在锌空气电池中实现139.6 mW cm?2的高功率密度，为可再生能源器件提供了可规模化的电催化剂设计策略。

　　

材料与试剂

均苯三酸购自上海阿拉丁生化科技有限公司。九水合硝酸铁（Fe(NO₃)₃·9H₂O）、六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、聚丙烯腈（PAN）、氢氟酸（HF）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）购自上海麦克林生化科技有限公司。乙醇（EtOH）和盐酸（HCl）购自广州化学试剂厂。商业Pt/C（20 wt.%）购自庄信万丰。Nafion（5 wt.%）和……

所制备复合材料的表征

方案1展示了PAN-Fe/Co-1/XS-T的制备流程。首先通过溶剂热法合成了MIL-100(Fe)，其SEM图像见图S1。随后，将MIL-100(Fe)、Co(NO₃)₂·6H₂O和PAN共混于溶液中，通过静电纺丝制备微纤维。所得纤维膜命名为PAN-Fe/Co-B。同时，分别制备了不含Fe&Co的PAN-B和不含Co的PAN-Fe-B作为对照。之后，对前驱体进行热处理……

结论

通过静电纺丝制备了具有网络结构的微纤维，实现了Fe、Co、N、S元素的均匀分散，显著提升了电子传输效率。通过DFT计算和XPS表征证明，所合成催化剂中的FeS₂N₂和CoN₄活性位点显著改善了ORR和OER性能，展现出优异的导电性、宽广的BET比表面积、提升的电化学活性面积（ECSA）和卓越的转换频率（TOF）。作为锌空气电池的正极材料……