可再充电的金属-空气电池因其高能量密度，低成本和环境友好性被广泛关注。然而，金属-空气电池的主要挑战是探索高活性的双功能电催化剂，它们同时促进氧还原和析出反应（ORR/OER）。迄今为止，最有效的ORR和OER催化剂分别是Pt基和Ir/Ru基催化剂。这些贵金属仍然受到超高成本，资源有限和耐用性差的限制。因此，开发低成本有效的双功能电催化剂以替代空气阴极中的贵金属基催化剂是非常必要的。在所有候选材料中，N-掺杂石墨烯（N-G）由于其新颖的二维结构，高表面积，优异的导电性和化学稳定性而被认为是最有前途的电催化剂，以取代用于电解反应的贵重催化剂。
近日，在华中科技大学黄云辉教授和张建博士（共同通讯作者）的带领下，与同济大学和武汉理工大学合作，成功开发了缺陷富集且吡啶-N（PN）为主的核-壳结构（DN-CP@G）碳基纳米材料。通过从碳纸原位剥离石墨烯并随后进行高温氨处理石墨烯制成。由于强耦合核-壳结构，丰富的缺陷位点和高含量PN掺杂，DN-CP @G在碱性溶液中显示优异的ORR和OER催化活性和稳定性。通过直接使用DN-CP@G作为自支撑电极，组装的锌空气电池具有高放电性能和优异的长期循环稳定性，至少可以循环250次，这远远优于混合的Pt/C和Ir/C电极。值得注意的是，基于DN-CP@G的全固态电池还具有良好的放电和循环性能。相关成果以题为“In Situ Exfoliating and Generating Active Sites on Graphene Nanosheets Strongly Coupled with Carbon Fiber toward Self-Standing Bifunctional Cathode for Rechargeable Zn-Air Batteries”发表在了Adv. Energy Mater. 上。
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