锌空电池能源系统的最大挑战仍然是寻找高效、廉价和长期稳定的电催化剂，以加速氧还原（orr）和氧沉淀（oer）的两个半反应动力学。研究表明，许多单金属过渡金属硫化物具有良好的催化活性，但大多只对oer或oer具有单一的催化活性，不能满足双功能催化剂的要求。另一方面，它的催化活性受到弱导电性和活性中心的限制。

兰州大学高大强教授和新加坡国立大学john wang教授课题组通过简单的水热法和一步硫化法制备了单相双金属硫化镍钴。双金属结构可以提供更多的活性位点。同时，由于双金属的协同作用，降低了oer过程中关键步骤的势垒，加快了oer的催化反应速度，在锌空电池中表现出高效的催化活性。

图 e镍钴硫催化剂的相结构和形貌。（a， b）x射线衍射，（c）拉曼光谱，（d， e）扫描电镜和透射电镜形貌，（f， h）透射电镜高分辨率，（g）能谱，（i）元素分布

本文制备的硫化镍钴具有与金属型二硫化钴相同的单相结构。由于第二个金属原子的引入，其晶格常数发生了变化。

从sem和tem可以看出，它是一种边缘生长纳米线的纳米片。eds结果表明，硫化镍钴中镍与钴的原子比为1，表明镍钴占相结构的一半。

图2镍钴硫催化剂的OER性能。（a）极化曲线，（b）塔菲尔斜率，（c）电化学阻抗谱，（d）双电层电容，（e）电流-时间稳定曲线，（f）OER过程中四个步骤的速度确定步骤，（g）OER过程中四个步骤的示意图

如图2所示，双金属镍钴硫化物比纯二硫化钴和二硫化镍具有更好的催化活性，在相同电流密度下所需的过电位较低。其塔菲尔斜率仅为58mv\/dec，低于商用ir\/c。

由于具有相同双金属协效果的ni-co-s催化剂的界面转移阻力得到有效降低，双层催化剂的电容比二硫化镍大一倍以上。同时，镍钴硫催化剂具有良好的稳定性。

图3镍钴硫催化剂的ORR性能。（a）极化曲线，（b）氧饱和度和氮饱和度下的循环伏安曲线，（c）镍钴硫催化剂不同转速下的极化曲线，（d）环板电极1600rpm下的极化曲线，（e）J=10mA\/cm~2下过电位和半波电位的差

如图3所示，镍钴硫催化剂使ORR过程成为一个快速的四电子过程。在电流密度为10ma\/cm~2时，半波电位和过电位的差值仅为0.79v

图4采用镍钴硫催化剂的液态锌空气电池的性能。（a）锌空气电池原理图，（b）开路电位，（c）功率密度曲线，（d， e）充放电循环曲线，（f）比容量，（g， h）镍钴硫作为锌空气电池正极材料，可使红光二极管点亮，为电子表提供电能。

采用镍钴硫催化剂作为液锌空气电池负极材料时，电池的开路电位可保持在1.47v，功率密度可达152.7mw\/cm~2。当电流密度为2ma\/cm~2时，充放电循环可持续480h，当电流密度为5ma\/cm~2时，电池的比容量为842mah\/gzn。这些结果充分显示了ni-co-s催化剂的优良催化活性。

图5（a）HER极化曲线，（b）相应的塔菲尔斜率，（c）自组装锌空气电池驱动的水裂解反应实验示意图，（d）总水解曲线，（e）析氢、析氧反应物理图，（f）产氢、产氧随时间变化图

在她看来，镍钴硫催化剂仍然比二硫化钴和二硫化镍更有效。因此，研究人员设计了一个由中液态锌空电池（图4）驱动，同时使用镍钴硫催化剂作为阴极和阳极催化剂的水裂解系统，如图5所示。

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