憑借高理論能量密度（1086 Wh/kg）和高安全性，可充電鋅空氣板有望成為下一代儲能設備，以滿足可穿戴電子設備和植入醫療設備不斷下降的需求。 由于空氣陽極的氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）動力學溫和，其實際應用受到很大限制。 研究表明，貴金屬基電極催化劑在OER和ORR中表現出良好的活性，但其稀缺性、成本高和穩定性差限制了其在鋅空氣電池中的大規模應用。 因此，開發高活性、穩定的非貴金屬電極催化劑以同時提高ORR和OER顯得極為重要。

在這項工作中，研究人員提出了一種新型自支撐柔性金屬有機框架（MOF）/電紡納米纖維（ENF）3D結構作為基底，構建用于ORR/OER催化劑和鋅空氣板的金屬基碳納米管。 MOFs，特別是富含過渡金屬的硅藻土吡啶酯骨架（ZIF）可以在碳化過程中原位催化生長，可控的微孔結構可以為高效的電物理反應提供傳遞通道。 據報道，由于ENFs薄膜具有較大的表面積和較高的纖維間孔隙率，因此被認為是制備具有優異電物理性能的柔性碳電極的理想前驅體。 這里，首先通過靜電紡絲制備PAN納米纖維，然后通過嚴格控制浸漬時間將條狀鈷基ZIF均勻分布在ENF（MOF/ENF）上，并經過三聚氰胺輔助碳化后，得到一種奇特的鈷摻雜氮石蠟。碳納米管/微孔碳陣列（/CNF）薄膜。 這些柔性電極表現出顯著的ORR/OER雙功能催化活性，可逆氧過電位為0.76 V，遠遠超過商業貴金屬空氣電極。 用于柔性鋅空氣電池的/CNF表現出低過電位、-3的高功率密度、476.-1的高容量、優異的循環穩定性和良好的彎曲性能。

圖1/CNF薄膜的制備過程示意圖。

圖2(af)在不同反應時間獲得的MOF/ENF。 (g) 相應的纖維平均半徑和長度規格趨勢。 (h) 相應的 XRD 圖案。

圖 3(ac) CNF 圖像。 (df) 納米片改性碳納米管和碳納米管的 TEM 圖像。 插圖 (e)：相應 CNT 的高幀率 TEM 圖像。 (gj) C、Co、N對應元素分布圖。比例尺：(a) 10 μm，(b, c) 1 μm，(d)，(e) 10 nm，插圖：2 nm (f) 5 nm ， （G）。

圖4(a)/CNF和/CNF的N2吸附-解吸等溫線。 插圖：相應的孔徑分布。 (b、c、e、f)/、C1s、Co2p 和 O1s 光譜。 (d)/CNF和/CNF的N濃度和Co-N濃度。

圖5(a) Pt/C的CV曲線和在N2和O2飽和0.1M KOH氨水中制備的樣品的CV曲線。 (b) 在 Pt/C 和 0.1 M KOH 氨水中制備的樣品的 ORR LSV 曲線。 (c) 所得樣品以及Pt/C電子轉移和二溴化物的豐度(%)； (d)相應的極化圖。 (e) 0.1 M KOH 氨水中 OER 的 LSV 曲線。 (F) 相應的 OER 極化圖。 (g) 0.1M KOH堿液條件下，不同催化劑的雙功能活性。

圖6(a)全固態柔性ZAB示意圖。 插圖顯示了全固態 ZAB 的靈活性。 (b) 由四個全固態柔性 ZAB 串聯供電的 19 個紅色 LED 的照片。 （cf）自制全固態柔性ZAB在不同彎曲條件下工作的照片。 (G) 使用 Pt/C/CNF 薄膜和碳布作為柔性空氣電極的柔性全固態 ZAB 的恒電流放電-充電循環曲線。 (h) 開路圖。 插圖顯示了彎曲 180° 后開路電流約為 1.302V 的電池的照片。 (i) ZAB/CNF 薄膜每 30 分鐘彎曲應變的恒電流放電-充電循環曲線。 (j) 不同電壓密度、不同彎曲時間下的放電曲線。 (k)/CNF基固態鋅空氣電池的電流-容量曲線。 (i)/CNF基固態鋅空氣電池的放電極化曲線和功率-電壓密度曲線。 (m)最近報道的柔性鋅空氣電池的體積功率密度和容量的比較。

自支撐/CNF優異的電池性能可歸因于以下幾點：（i）/CNF的雙功能催化活性可以增強ORR/OER； (ii)無粘結劑的電極結構進一步提升了所制備的催化劑的性能； （iii）分層微孔結構允許反應物和電解質在所制備的空氣電極中快速傳輸，（iv）碳納米管和互連碳纖維的良好導電性為電子傳輸和良好的柔性結構提供了“高速通道”。 事實上，具有分級微孔結構、豐富的反應位點和無粘合劑柔性結構的/CNF薄膜是ORR/OER最高效的碳基雙功能電催化劑之一，可用于許多能量轉換和存儲。 系統，例如柔性金屬空氣電池、燃料電池和可穿戴電子產品。

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