Fe团簇修饰木质素衍生碳基催化剂的锌-空气电池应用

金芮西; 杨聪聪; 刘远馨; 刘志航; 李坚; 高丽坤

doi:10.13360/j.issn.2096-1359.202505011

林业工程学报 ›› 2026, Vol. 11 ›› Issue (1) : 97 -107. DOI: 10.13360/j.issn.2096-1359.202505011

Fe团簇修饰木质素衍生碳基催化剂的锌-空气电池应用

金芮西, 杨聪聪, 刘远馨, 刘志航, 李坚, 高丽坤

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摘要

开发兼具高活性与稳定性的双功能氧电催化剂是推动锌-空气电池（ZABs）实用化的关键。利用碱木质素（AL）中酚羟基与Fe离子的螯合作用实现Fe团簇的均匀分布，并结合NH₄Cl的氮掺杂和气体刻蚀作用，制备了含有大量碳边缘承载Fe-N位点的氮掺杂木质素衍生碳催化剂（Fe@NAC）。碳基底中由NH₃/HCl刻蚀诱导的分级孔结构为边缘Fe-N（eFe-N）位点的形成提供了高密度锚定位点。当Fe负载量为0.10 mmol时（0.1Fe@NAC）,催化剂具有最高比例eFe-N结构，其中边缘效应显著增强了活性位点的内在活性。对于还原反应（ORR）,0.1Fe@NAC的半波电位高达0.95 V;对于氧析出反应（OER）,其在10 mA/cm²的电流密度下过电位为390 mV。由双功能0.1Fe@NAC催化剂组装而成的液态锌-空气电池峰值功率密度达168.2 mW/cm²,比容量为779.8 mAh/g,且在5 mA/cm²下稳定循环140 h。此外，由木质素磺酸钠/丙烯酸凝胶电解质构建的柔性ZABs表现出30 h的循环稳定性和极好的机械柔韧性，显示出其可用于穿戴储能器件的潜力。本研究为锌-空气电池催化剂开发提供新思路，推动生物质资源高值化利用，助力实现碳中和目标下的绿色能源转型。