黄爱生/温珍海Small：功率密度达204.3 mW cm-2！双功能核壳COF@MOF用于可充电锌-空气电池

可充电锌-空气电池(ZABs)由于具有成本低、环境友好和理论能量密度高(1084 Wh kg^-1)等优点，被认为是满足未来能源需求的有前景的技术。然而，由于涉及多电子转移反应途径，ZABs空气阴极的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)两个关键反应需要高能量输入，并且动力学缓慢严重限制了ZABs的实际应用。因此，开发具有低成本和优异双功能催化活性的电催化剂具有重要意义。

近日，华东师范大学黄爱生和中科院福建物构所温珍海等通过热解共价连接的COF@ZIF-67来制造核壳碳基杂化物(H-NSC@Co/NSC)作为ORR和OER的高效双功能电催化剂。

H-NSC@Co/NSC具有独特核壳结构，包含COF衍生的中空N、S共掺杂碳(H-NSC)核和ZIF-67衍生的嵌有Co纳米颗粒(NPs)的碳基质(Co/NSC)的壳。COF核内的空腔具有低密度和高渗透性，有利于扩散动力学，并使得活性位点对周围反应物的具有高可及性；ZIF-67衍生的具有稳定结构的Co/NSC壳对催化OER/ORR具有高活性。

此外，包裹在N，S共掺杂碳基质中的Co NPs可以有效地避免Co NPs的团聚，保护Co NPs免受电解质的侵蚀。

源自独特的中空结构以及碳基体和嵌入的Co NPs之间的强协同效应，核壳H-NSC@Co/NSC杂化物在OER和ORR中表现出优异的双功能电催化活性。H-NSC@Co/NSC组装的ZABs可以表现出204.3 mW cm^-2的高功率密度、较小的充放电电压差和优异的循环稳定性，超过了与Pt/C+RuO₂组装的ZABs。

密度泛函理论(DFT)计算表明，嵌入的Co纳米粒子(NPs)可以有效地调节Co/NSC壳上碳骨架的电子结构，促进氧中间体的吸附并提高催化活性。因此，通过COFs和MOFs的合理杂化以设计具有双功能活性的高效碳基电催化剂是可行的，这为设计用于能量转换和存储的高效电催化剂提供一种策略。

Core-Shell Carbon-Based Bifunctional Electrocatalysts Derived from COF@MOF Hybrid for Advanced Rechargeable Zn-Air Batteries. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202018