由于樣品FeN?-Ti?C?S?表現(xiàn)出較高的ORR活性，文章進(jìn)一步使用開發(fā)的FeN?-Ti?C?S?催化劑，采用耐堿性雙網(wǎng)絡(luò)PANa和纖維素水凝膠(PANa-纖維素)作為可拉伸固態(tài)電解質(zhì)，共同構(gòu)建了可拉伸和耐磨的纖維狀ZAB。圖4a示出了它可以拉伸超過1000%應(yīng)變而沒有任何斷裂和可見的裂紋，拉伸性能優(yōu)異。纖維狀ZAB的結(jié)構(gòu)如圖4 b所示，采用水凝膠電解質(zhì)先包覆Zn彈簧電極，然后拉伸，最后包覆FeN?-Ti?C?S?負(fù)載的碳紙作為空氣電極。纖維狀ZAB在初始狀態(tài)和800%拉伸狀態(tài)下的充放電曲線和相應(yīng)的功率密度如圖4c、d所示。ZAB在初始狀態(tài)下的最大功率密度為133.6mW·cm?2，在800 ℃拉伸狀態(tài)下的最大功率密度為182.3mW·cm?2，表明電池是可拉伸的，在拉伸狀態(tài)下的電化學(xué)性能良好。此外，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在2 mA cm?2下穩(wěn)定循環(huán)110 h，如圖4e所示。為了證明其耐磨性，如圖4f、g所示，將兩個(gè)長10cm、直徑2mm的纖維形ZAB編織成腕帶并連接到手套上。該腕帶可以為穿戴手套上的一組LED供電，證明了基于所制備的FeN?-Ti?C?S?催化劑的這種高效可拉伸和可穿戴的纖維狀ZAB的可行性。

制備的PANa-纖維素水凝膠的拉伸應(yīng)力與應(yīng)變曲線，插圖是這種水凝膠電解質(zhì)的初始和拉伸狀態(tài)的光學(xué)照片；(b) 可拉伸纖維狀ZAB的示意圖；(c) 纖維形ZAB在初始和800%拉伸狀態(tài)下的充放電曲線；(d) 纖維形ZAB在初始和800%拉伸狀態(tài)下的放電曲線和功率密度曲線；(e) 纖維狀ZAB在2 mA cm?2下的循環(huán)穩(wěn)定性測試；(f) 兩個(gè)纖維形狀的ZABs(長：10 cm，直徑：2 mm)編織成腕帶的照片；(g) 此腕帶與手套相連的照片；(h) 此腕帶連接到手套為一組LED供電的照片

ORR電催化活性的來源

文章采用UPS研究了FeN?-Ti?C?和FeN?-Ti?C?S?樣品的能帶結(jié)構(gòu)。如圖5a所示，F(xiàn)eN?-Ti?C?的截止能為17.1，F(xiàn)eN?-Ti?C?S?的截止能為17.23。進(jìn)一步估算出其功函數(shù)(Φ)和價(jià)帶最大值(EV)發(fā)現(xiàn)，與FeN?-Ti?C?相比，F(xiàn)eN?-Ti?C?S?的Φ和EV的減少轉(zhuǎn)向較低的能量，表明在Ti?C?載體中加入S末端后，F(xiàn)eN?部分內(nèi)的電子在空間上變得更加穩(wěn)定，并且Fe(II)的3d能帶中心發(fā)生變化。此外，圖5c所示的相應(yīng)有效磁矩(μ)表明，樣品FeN?-Ti?C?S?的μ效應(yīng)大于樣品FeN?-Ti?C?，大μ效應(yīng)表明樣品中Fe(II)的未配對(duì)d電子數(shù)更多。此外，DFT計(jì)算結(jié)果表明引入S端可以增加Fe中心的原位磁矩，并調(diào)節(jié)FeN?部分中Fe(II)的自旋態(tài)(中間自旋態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦孕龖B(tài))，導(dǎo)致Fe 3d電子離域和d帶中心上移從而優(yōu)化Fe 3d與含氧基團(tuán)p軌道的軌道雜化，可以增強(qiáng)分子氧在催化劑表面的吸附，表明FeN?-Ti?C?S?體系對(duì)ORR具有較好的催化活性，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。