近日，國際著名化學期刊《Applied Catalysis B: Environmental》刊登了結構功能一體化複合材料課題組在可充電鋅空氣電池領域的最新研究成果，論文題為：“Co single atoms and Co nanoparticle relay electrocatalyst for rechargeable zinc air batteries”（10.1016/j.apcatb.2022.121905），該論文的研究為可充電鋅空氣電池空氣極雙功能催化劑的開發提供了新思路。孫九霄副教授為該論文的第一作者，羅芳博士為該論文的通訊作者，論文由77779193永利官网與中國地質大學合作完成，77779193永利官网為該論文的第一署名單位。        

     氧還原反應（ORR）是燃料電池和金屬空氣電池陰極反應，ORR催化劑活性對電池放電性能起決定性作用。然而由于ORR是4e^-反應，動力學緩慢，且容易通過2e^-反應形成H₂O₂，造成對催化劑的腐蝕。前期研究結果表明，單原子Co催化劑（Co-SA）能夠遵循2e^-的ORR反應生成H₂O₂，金屬钴催化劑能夠高效的對H₂O₂進行進一步的還原。基于此，論文通過在制備氮摻雜碳納米管限域钴催化劑的過程中添加ZIF-67，構築Co-SA/Co-NP接力催化劑。電化學測試和理論計算結果表明，Co-SA的存在能夠高效的實現H₂O₂中間體的産生，并且在Co-NP的作用下，進一步還原成H₂O，遵循O₂-H₂O₂-H₂O的反應機理。同時Co-SA的引入，其ORR催化活性提高18倍。此外，催化劑的大電流析氧反應（OER）活性同樣得到提高，主要歸因于ZIF-67的添加形成微米管，降低傳質阻抗。組裝的鋅空氣電池測試發現，其最大功率密度為155 mW cm^-2，是商業化催化劑的2倍，并且循環300小時，電池性能無明顯衰減。組裝的全固态鋅空電池最大功率密度高達120 mW cm^-2，表明其在可穿戴設備上的應用前景。

論文信息：

Jiuxiao Sun; Pei Leng; Yuhua Xie; Xinxin Yu; Konggang Qu; Ligang Feng*; Haifeng Bao, Fang Luo*; Zehui Yang*. Co single atoms and Co nanoparticle relay electrocatalyst for rechargeable zinc air batteries [J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 319, 121905.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121905

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337322008463