可充电锌空电池（RZABs）因其高能量密度、优异的安全性以及成本低等优点被视为最有前途的下一代能源设备之一。然而，其氧电极上的氧还原（ORR）和氧析出（OER）反应动力学过程极其缓慢，制约了电池的输出性能和循环性能。因此，开发高效、稳定且廉价的ORR/OER双功能电催化剂对促进RZABs的发展具有重要意义。

多组分碳催化剂是一类利用多尺度碳结构来担载多种催化活性组分，以促进多个化学反应的高效进行。研究表明，单原子位点（Fe-N_x或Co-N_x）和纳米FeCo颗粒分别是催化ORR和OER的高效活性组分。因此，将单原子位点和纳米颗粒锚定在不同碳结构的碳材料上，可以构建出具有复合功能的多组分碳催化剂，有望推动RZABs的商业化进程。然而，由于高温制备过程中存在奥斯特瓦尔德熟化，多组分碳同时载单原子和纳米颗粒催化剂的制备仍是一项挑战。本工作开发了一种表面工程策略，利用[Fe(CN)₆]^3-同时修饰聚苯胺涂层包覆的氧化石墨烯（GO@PANI）和钴基金属有机框架（ZIF-67），制备出Fe修饰前驱体（Fe-ZIF-67/GO@PANI-Fe）。高温热解中，Fe-ZIF-67转变成担载FeCo纳米颗粒的碳多面体（用于催化OER），GO@PANI-Fe转变为具有原子分散的Fe-N掺杂碳纳米片（用于催化ORR），从而同时实现高效ORR和OER（过电位差仅为0.69 V）。原位拉曼光谱揭示了其催化机理，证明了尖晶石铁钴氧化物在促进OER过程发挥了关键作用。最后，该催化剂分别在液态和固态锌空电池中实现225 mW cm^-2和164 mW cm^-2的功率密度，并在10 mA cm^-2条件下，经过1035次充放电循环后仍能保持0.712 V的微小而稳定的电压差，这些均证明了其良好的应用潜力。

FeCo-CP/FeSA-CN的制备及形貌结构表征

上述研究以“Surface engineering strategy to synthesize bicomponent carbons for rechargeable zinc-air batteries”为题，发表在国际高水平期刊Energy Storage Materials上。论文的第一作者为我院2021级硕士研究生安佳兴，通讯作者为李金成副教授、韩国科学技术院Il-Doo Kim教授及美国华盛顿州立大学丁世超博士。该研究工作得到了国家自然科学基金（52102046）及云南省应用基础研究基金（202301AW070016）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103520