Abstract Designing affordable high efficient oxygen reaction (ORR/OER) electrocatalyst is a major task for promoting sustainable energy conversion batteries (such as Zn-air batteries and fuel cells). Herein, a bifunctional oxygen reaction electrocatalyst with excellent activity and stability constructed using the peasecod-like N-doped carbon nanotubes (N/CNT) in situ confinement encapsulate bimetallic FeCu alloy (FeCu–N/C). The bimetallic FeCu alloy embedded into N/CNT that inhibits serious polymerization of copper, increases Fe/Cu–N bimetallic active sites, improves conductivity, reduces the energy barrier of oxygen reaction and speeds up reaction kinetics, thus obtaining efficient ORR/OER performance. The optimal FeCu–N/C electrocatalyst reveal more positive half-wave potential for ORR, smaller overpotential for OER and lower ORR/OER potential gap than those of commercial grade Pt/C, IrO2 and many reported catalysts. Moreover, the zinc-air batteries constructed using FeCu–N/C as the air electrode indicate the high power density and excellent stability. The alkaline anion exchange membrane fuel cells assembled with FeCu–N/C as cathode also exhibit enhanced power density compared to single metal-based catalysts (Fe–N/C and Cu–N/C). This work demonstrates potential use of FeCu–N/C for energy conversion and storage applications, provides a new sight for the reasonable design of bifunctional oxygen reaction electrocatalysts.

中文翻译：

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豌豆状 N 掺杂碳纳米管的原位限制生长封装双金属 FeCu 合金作为可持续能源电池的双功能氧反应阴极电催化剂

摘要 设计经济实惠的高效氧反应（ORR/OER）电催化剂是促进可持续能源转换电池（如锌空气电池和燃料电池）的一项主要任务。在此，使用豌豆状 N 掺杂碳纳米管 (N/CNT) 原位限制包封双金属 FeCu 合金 (FeCu-N/C) 构建了一种具有优异活性和稳定性的双功能氧反应电催化剂。嵌入N/CNT的双金属FeCu合金可抑制铜的严重聚合，增加Fe/Cu-N双金属活性位点，提高电导率，降低氧反应的能垒并加快反应动力学，从而获得高效的ORR/OER性能。最佳的 FeCu-N/C 电催化剂显示出更多的 ORR 正半波电位，与商业级 Pt/C、IrO2 和许多报道的催化剂相比，OER 的过电位更小，ORR/OER 电位差距更低。此外，使用 FeCu-N/C 作为空气电极构建的锌空气电池具有高功率密度和优异的稳定性。与单一金属基催化剂（Fe-N/C 和 Cu-N/C）相比，以 FeCu-N/C 作为阴极组装的碱性阴离子交换膜燃料电池也表现出更高的功率密度。这项工作证明了 FeCu-N/C 在能量转换和存储应用中的潜在用途，为双功能氧反应电催化剂的合理设计提供了新的视角。与单一金属基催化剂（Fe-N/C 和 Cu-N/C）相比，以 FeCu-N/C 作为阴极组装的碱性阴离子交换膜燃料电池也表现出更高的功率密度。这项工作证明了 FeCu-N/C 在能量转换和存储应用中的潜在用途，为双功能氧反应电催化剂的合理设计提供了新的视角。与单一金属基催化剂（Fe-N/C 和 Cu-N/C）相比，以 FeCu-N/C 作为阴极组装的碱性阴离子交换膜燃料电池也表现出更高的功率密度。这项工作证明了 FeCu-N/C 在能量转换和存储应用中的潜在用途，为双功能氧反应电催化剂的合理设计提供了新的视角。