原位生长铂纳米催化剂修饰PBO衍生纳米纤维碳纸：高效自支撑电极助力水系和柔性准固态锌空气电池性能突破

为解决锌空气电池(ZABs)电极界面接触问题及传统二维三相反应界面效率低下的难题，华南理工大学团队创新性地开发了基于聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)衍生碳纸的原位生长铂纳米催化剂自支撑电极。该研究通过CO2活化和氮掺杂改性，构建了具有200.2 m2 gPt-1电化学活性面积和0.891 V半波电位的高效ORR催化剂，实现了水系(128.1 mW cm-2)和柔性(59.1 mW cm-2)ZABs的功率密度突破，为新一代储能器件开发提供了新思路。

　　

在全球能源转型与碳中和背景下，锌空气电池(Zinc-air batteries, ZABs)因其理论能量密度高达1086 Wh kg^-1、环境友好等优势，被视为下一代储能技术的明星选手。然而传统ZABs却面临着一个"界面困境"——如同城市交通枢纽的拥堵，电极内部的气体、液体和固体三相反应界面效率低下，导致大量催化剂成为无法参与反应的"死区"。更棘手的是，传统碳布基底导电性差，而商业碳纸又缺乏柔性，严重制约了柔性电子设备的发展。

针对这些行业痛点，华南理工大学的研究团队另辟蹊径，将目光投向了一种特殊的高性能材料——聚对苯撑苯并二噁唑(Poly(p-phenylene benzobisoxazole), PBO)衍生碳纸。这种材料如同为电池搭建了"立体高架桥"，其独特的纳米纤维网络结构既能保证优异的导电性，又具备商业碳纸难以企及的柔韧性。研究人员通过精妙的"两步活化+氮掺杂"工艺，在PBO纤维表面构建出丰富的介孔结构，随后采用原位还原法让铂纳米颗粒如"星辰般均匀散布"在这些纳米纤维上，最终制备出具有三维互联结构的自支撑电极。

这项发表在《Materials Today Energy》的研究采用了多项关键技术：通过CO₂热活化和酸氧化处理构建多级孔结构；利用水热法进行氮掺杂引入活性位点；采用乙二醇还原法实现铂纳米颗粒(2.1 nm)的原位生长；通过旋转圆盘电极测试评估ORR性能；组装液态和凝胶电解质ZABs进行全电池测试。

【Results and discussion】部分揭示了系列重要发现：

1. 材料表征显示改性后的PBO CO₂@A-N纤维表面形成均匀分布的铂纳米颗粒，XPS证实成功引入了促进ORR的吡啶氮物种。
2. 电化学测试获得200.2 m² g_Pt^-1的ECSA和67 mV dec^-1的Tafel斜率，半波电位达0.891 V，优于商业Pt/C催化剂。
3. 组装的液态ZABs实现128.1 mW cm^-2的峰值功率密度和749.3 mAh g_Zn^-1的比容量；柔性版本同样表现优异，可点亮LED器件。

【Conclusions】部分指出，该研究开创性地将PBO衍生碳纸应用于ZABs电极，通过"三维界面工程"策略有效解决了传统电极的界面传输限制。这种一体化设计不仅简化了电极制备流程，更实现了催化层与气体扩散层的完美融合。特别值得注意的是，研究同时兼顾了水系和柔性电池的性能需求，为可穿戴电子设备的能源解决方案提供了新范式。正如通讯作者Siyu Ye团队强调的，这项工作的价值不仅在于创造了性能记录，更在于开辟了一条通过基材创新来提升整体器件性能的研究路径，对推动储能器件从实验室走向产业化具有重要启示意义。