无溶剂法合成FeCo合金纳米颗粒嵌入氮掺杂碳纳米管用于锌空气电池氧还原反应

本研究针对贵金属催化剂成本高、稳定性差的问题，开发了一种以双氰胺为碳氮源的无溶剂热解法，成功制备出FeCo合金纳米颗粒嵌入氮掺杂碳纳米管（FeCo-CNTs）催化剂。该催化剂通过四电子转移路径实现优异氧还原反应（ORR）性能，在锌空气电池中展现出70.2 mW cm?2的高功率密度和495小时循环稳定性，为可再生能源器件提供了高效非贵金属催化剂解决方案。

　　

随着可再生能源技术的快速发展，锌空气电池（ZAB）因其高理论能量密度和低成本成为研究热点，但其阴极氧还原反应（ORR）的缓慢动力学严重制约性能。目前商用铂碳（Pt/C）催化剂虽有效但面临资源稀缺、成本高昂等问题。针对这一挑战，朱拉隆功大学的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表论文，提出了一种创新性的无溶剂合成策略。

研究人员采用双氰胺（DCDA）作为碳氮双源，通过高温热解直接制备FeCo合金纳米颗粒嵌入氮掺杂碳纳米管（FeCo-CNTs）。关键技术包括：1）溶剂-free机械混合金属盐与DCDA；2）800°C氮气氛围热解调控材料结构；3）酸洗处理提升比表面积至207.06 m² g^?1；4）旋转圆盘电极测试ORR动力学参数。

材料表征结果显示，酸洗后的FeCo-CNT-W形成中空管状结构，X射线光电子能谱（XPS）证实了吡啶氮和金属-N_x活性位点的存在。电化学性能测试表明，该催化剂半波电位达0.855 V，Tafel斜率82.7 mV dec^?1，且过氧化氢产率低于5%，证实其四电子转移机制。锌空气电池应用中，FeCo-CNT-W在5 mA cm^?2电流密度下循环稳定性较Pt/C+RuO₂提升482%，功率密度达70.2 mW cm^?2。

这项研究通过简易的溶剂-free方法实现了高性能非贵金属催化剂的制备，其创新点在于：1）利用DCDA自组装特性同步实现氮掺杂和CNT生长；2）Fe/Co双金属协同优化氧中间体吸附能；3）碳管基质有效防止纳米颗粒聚集。该工作为下一代能源转换器件提供了兼具成本效益和工业放大潜力的材料解决方案，相关技术已通过泰国科学研究和创新基金等项目的支持实现成果转化。