单原子催化剂（single-atom catalysts, SACs）具有较高的活性和高效的原子利用率，在电催化领域有着巨大的潜力，尤其是在可再充电锌-空气电池（ZABs）中。然而，合理构建具有良好电催化活性和长期稳定性的SACs仍然面临着巨大的挑战。基于此，清华大学张如范副教授（通讯作者）等人报道了通过静电纺丝策略同时构建了钴（Co）的原子级分散和碳纳米管（CNT）连接的N-掺杂多孔碳纳米纤维（NCFs）。在文中，作者利用一步静电纺丝和碳化策略，构建了具有碳纳米管（CNT）内部连接的N-掺杂多孔碳纳米纤维（NCFs）作为Co单原子（Co SA）位点（Co SA/NCFs），同时实现了Co的原子级分散、N掺杂的控制和分级孔结构的构建。在这种独特的结构中，原子分散的Co位点为OER/ORR提供了高双功能催化活性，合理设计的N掺杂有效地锚定了Co原子，并且NCFs的多孔结构可以保证活性位点的可及性。此外，CNT不仅可以提高电子的传导率，还可以极大地提高多孔纤维的柔韧性和机械强度。正如预期，Co SA/NCFs作为一种无粘结剂的空气正极，所制备的催化剂在电流密度为10 mA cm-2的下为水性ZABs提供了600 h的超耐久性，并为所有固态ZABs提供相当大的灵活性和较小的电压间隙，具有高功率密度和优异的耐久性。Co的原子级分散与碳纳米纤维的柔性多孔结构之间的协同作用对于提高ZABs的性能至关重要。该工作为超耐用Zn-空气电池提供了有效的单原子设计/纳米工程。Stabilizing Cobalt Single Atoms via Flexible Carbon Membranes as Bifunctional Electrocatalysts for Binder-Free Zinc-Air Batteries. Nano Lett., 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00278.https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00278.
