双功能聚对苯撑苯并二噁唑纳米碳纤维催化层的构筑及其在锌空气电池中的应用

摘要

文章创新性地制备了基于聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纳米碳纤维纸的自支撑铂钌合金催化层，与传统通过物理超声混合商用Pt/C与RuO₂的催化层截然不同，该催化层具有均匀分布的氧还原反应（ORR）与析氧反应（OER）双功能活性位点。通过CO₂活化还原Pt与Ru的前驱体，成功制备出PtRu合金，并展现出优异的电化学性能。在0.1 M KOH电解液中，CO₂ PtRu350的OER过电位为266 mV,ORR半波电位为0.857 V,其电势差（ΔE）为0.663 V,均优于EG PtRu150（ΔE=0.91 V）与CO₂-Ru@EG-Pt150（ΔE=0.735 V）。在锌空气电池测试中，该催化层表现出优于商用Pt/C+RuO₂的电池性能：峰值功率密度达100.7 mW·cm^-2,高于商用体系的93.1 mW·cm^-2,同时具备出色的倍率性能与可逆性。经过1 440次充放电循环后，电压间隙仅增至0.741 V,显示出优异的循环稳定性。

关键词

聚对苯撑苯并二噁唑纳米碳纤维纸 / 自支撑催化层 / 氧还原反应 / 析氧反应 / 锌-空气电池

基金资助

“广东特支计划”青年拔尖人才资助项目(2024TQ08C306); 广东省教育厅重点领域专项资助项目(2024ZDZX3039); 广州市科技计划资助项目(2025A03J3088); 先进纸基与纸基材料全国重点实验室科学基金资助项目(202404); 松山湖材料实验室面上资助项目(2023SLABFN16)