DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228955

开发可有效驱动析氧反应和氧还原反应的过渡金属基双功能电催化剂是实现可充电锌-空气电池的迫切需求。过渡金属硫化物正在逐渐替代贵金属基电催化剂，但它们的双功能活性通常受到低电导率和有限电化学活性位点的限制。在此，研究者通过静电纺丝和原子层沉积法的结合，制备了一种新型金属有机骨架衍生的氮掺杂碳纳米纤维耦合FeS2-CoS2（FeS2-CoS2/NCFs）。得益于分层结构大量暴露的表面活性位点和FeS2-CoS2异质界面中丰富的界面位点，FeS2-CoS2/NCFs复合电催化剂在碱性介质中具有很高的双功能活性和良好的耐久性。值得注意的是，用该FeS2-CoS2/NCFs电极组装的液态锌-空气电池显示出257 mW cm-2的峰值功率密度，814 mA h g-1的高比容量和250h的长循环寿命，优于贵金属基锌-空气电池。此外，使用这种FeS2-CoS2/NCFs电极的柔性固态锌-空气电池即使在扭曲状态下也可以稳定地为LED面板供电，从而证明了其在可穿戴和便携式电化学设备中的实际应用潜力。

图1.FeS2-CoS2/NCFs样品的合成过程示意图。

图2.（a）Co/NCFs、FeOx-Co/NCFs和FeS2-CoS2/NCFs的X射线衍射图；（b）初纺Zn0.5Co0.5-ZIFs/PAN、（c）Co/NCFs和（d）FeS2-CoS2/NCFs的SEM形貌；（e）Co/NCFs、CoS2/NCFs和FeS2-CoS2/NCFs样品的氮气吸附-解吸等温线，（f）相应的孔径分布曲线，以及（g）拉曼光谱。

图3.（a）和（b）FeS2-CoS2/NCFs的TEM图像，（c）和（d）高倍率TEM图像；（e）FeS2-CoS2/NCFs在相对扫描区域的元素映射，（f）EDS光谱。

图4.FeS2-CoS2/NCFs样品（a）C 1s、（b）N 1s和（c）S 2p的XPS光谱；（d）CoS2/NCFs和FeS2-CoS2/NCFs样品（d）Co 2p和（e）Fe 2p的XPS光谱比较；（f）CoS2/NCFs和FeS2-CoS2/NCFs的EPR光谱。

图5.（a）在氧气饱和的0.1M KOH中，转速为1600rpm，Co/NCFs、CoS2/NCFs、FeS2/NCFs、FeS2-CoS2/NCFs和20％Pt/C进行ORR的LSV曲线。（b）极限电流密度和半波电势。（c）相应的Tafel图。（d）电子转移数和过氧化物产率（HO2-％）。（e）不同转速下FeS2-CoS2/NCFs的LSV曲线，插图是在不同电势下的Koutecky-Levich（K-L）图。（f）FeS2-CoS2/NCFs初始和第1000次循环的ORR极化曲线。

图6.（a）Co/NCFs、CoS2/NCFs、FeS2/NCFs、FeS2-CoS2/NCFs和IrO2电催化剂在0.1M KOH溶液中以1600rpm的LSV曲线。（b）Tafel图。（c）EIS奈奎斯特曲线。（d）双层电容。（e）在初始和第1000次循环中，FeS2-CoS2/NCFs的OER极化图。（f）ORR和OER的LSV总体曲线，插图显示了ORR的E1/2与OER的Ej=10之间的电压差（ΔE）。

图7.（a）组装有FeS2-CoS2/NCFs基阴极的ZABs的开路电压曲线，插图为60小时后组装的ZABs的照片。（b）使用FeS2-CoS2/NCFs和Pt/C+IrO2阴极的ZABs的充放电极化曲线和相应的功率密度图。（c）在不同外加电流密度下ZABs的放电曲线。（d）在5 mA cm-2和10 mA cm-2下的恒电流长期放电比容量曲线。（e）在10 mA cm-2下，组装有FeS2-CoS2/NCFs和Pt/C+IrO2阴极的ZABs的恒电流循环曲线。

图8.（a）由四个串联柔性ZABs点亮LED的照片和示意图；（b）柔性ZAB在30小时内的开路电压曲线。（c）组装有FeS2-CoS2/NCFs阴极的ZAB的充放电极化曲线和相应的功率密度图。（d）在不同电流密度下的倍率性能。（e）柔性ZABs在每10个循环弯曲30°、60°、90°和120°时的恒电流长期循环曲线。