当今社会面临重大挑战，包括全球能源危机和气候变化。特别是化石燃料燃烧产生的温室气体排放对环境污染和全球变暖做出了显著贡献[1]、[2]。因此，开发低碳、高效的能源技术以减轻这些影响并确保可持续能源供应是一项紧迫的任务。可再生和绿色能源严重依赖自然资源，如阳光、风能、水能和地热能，这些资源在能源转型中起着关键作用[3]。然而，这些能源往往不稳定且不可预测，这推动了对更先进的能源转换和存储系统的需求[4]。电池作为一种电化学储能装置，因其高能量转换效率、稳定性和可扩展性而在各种车辆中得到广泛应用[5]、[6]。其中，锂离子电池被认为是最成熟的可充电电池技术，并已在电动汽车、医疗设备和其他便携式电子产品中得到广泛应用[7]。然而，它们也存在局限性，如成本高、能量密度有限（260 Wh/kg）以及与易燃电解质相关的安全风险[8]。这些局限性促使人们寻找替代的能源存储解决方案。
水基金属-空气电池近年来作为新兴的储能技术受到了广泛关注，主要得益于其高能量密度、使用丰富的原材料、低成本、固有的安全性和环保性[7]。其中，可充电锌空气电池（ZABs）因其高理论能量密度（约1086 Wh/kg）、优异的安全性和低成本而脱颖而出，成为锂离子电池的有希望的替代品[9]。然而，它们仍面临技术挑战，如锌负极腐蚀和空气正极的动力学反应缓慢，这需要进一步的研究和发展以实现其在各种设备中的广泛应用。ZABs通常由锌负极、碱性电解质（KOH）和组装在气体扩散层上的空气正极组成。放电时，空气正极发生氧还原反应（ORR），而充电时则发生逆氧演化反应（OER）[10]。OER的动力学过程本身较慢，导致较大的过电位，从而降低了能量效率并使充电电压超过2 V，尽管理论电池电压为1.66 V[11]。因此，开发能够同时加速ORR和OER的双功能空气正极催化剂至关重要。铂碳（Pt/C）和氧化钌（RuO₂）分别表现出优异的ORR和OER活性，但它们的双功能性能较差，且成本高昂，阻碍了这类单一功能催化剂的商业化。因此，人们越来越关注基于地球丰富过渡金属的催化剂，作为具有潜在催化活性和耐久性的经济可行替代品。
在各种候选材料中，金属硫化物因其高电导率、稳定性和可调的电化学性质而在能源存储和催化领域引起了广泛关注[12]、[13]。不幸的是，基于金属的硫化物在电化学性能方面表现不佳，尤其是在稳定性方面[14]。为了进一步提高其性能，经常将基于碳的材料（如石墨烯、碳纳米管（CNTs）和碳量子点）集成到金属硫化物中[15]、[16]、[17]。这些材料不仅提供了机械强度和柔韧性，还显著提高了导电性和表面积。CNTs的这些独特性质使其成为ZABs空气正极的理想候选材料，从而提升了电池性能。此外，将金属硫化物集成在碳布基底上为制造灵活高效的电极提供了有前景的平台。
已有大量关于锌空气电池中CNT/金属硫化物复合材料的研究；然而，这些研究依赖于合成后的CNT混合、多步骤制造过程或化学计量的硫化物相，这限制了缺陷控制和界面一致性。相比之下，我们当前的研究采用了一步法水热方法，同时实现了（i）原位CNT集成，（ii）氧掺入尖晶石Ni-Co硫化物晶格，以及（iii）通过三金属Ni-Co-Mn前驱体系促进缺陷生成。Mn在最终结构中不作为掺杂剂，而是在沉淀和结晶过程中起到结构导向作用，促进了非化学计量比（Ni,Co）₃(O,S)₄₋ᵧ相的形成。这种独特的协同效应使当前系统区别于传统的CNT支撑金属硫化物，提高了催化活性并确保了长期稳定性，无需额外的后处理。这项研究为前驱体驱动的缺陷工程和氧掺入尖晶石Ni-Oxysulfides提供了新的见解，为先进的双功能空气正极催化剂技术提供了一种吸引人的方法。
