近日，国际著名化学期刊《Applied Catalysis B: Environmental》刊登了结构功能一体化复合材料课题组在可充电锌空气电池领域的最新研究成果，论文题为：“Co single atoms and Co nanoparticle relay electrocatalyst for rechargeable zinc air batteries”（10.1016/j.apcatb.2022.121905），该论文的研究为可充电锌空气电池空气极双功能催化剂的开发提供了新思路。孙九霄副教授为该论文的第一作者，罗芳博士为该论文的通讯作者，论文由英国威廉希尔公司与中国地质大学合作完成，英国威廉希尔公司为该论文的第一署名单位。        

     氧还原反应（ORR）是燃料电池和金属空气电池阴极反应，ORR催化剂活性对电池放电性能起决定性作用。然而由于ORR是4e^-反应，动力学缓慢，且容易通过2e^-反应形成H₂O₂，造成对催化剂的腐蚀。前期研究结果表明，单原子Co催化剂（Co-SA）能够遵循2e^-的ORR反应生成H₂O₂，金属钴催化剂能够高效的对H₂O₂进行进一步的还原。基于此，论文通过在制备氮掺杂碳纳米管限域钴催化剂的过程中添加ZIF-67，构筑Co-SA/Co-NP接力催化剂。电化学测试和理论计算结果表明，Co-SA的存在能够高效的实现H₂O₂中间体的产生，并且在Co-NP的作用下，进一步还原成H₂O，遵循O₂-H₂O₂-H₂O的反应机理。同时Co-SA的引入，其ORR催化活性提高18倍。此外，催化剂的大电流析氧反应（OER）活性同样得到提高，主要归因于ZIF-67的添加形成微米管，降低传质阻抗。组装的锌空气电池测试发现，其最大功率密度为155 mW cm^-2，是商业化催化剂的2倍，并且循环300小时，电池性能无明显衰减。组装的全固态锌空电池最大功率密度高达120 mW cm^-2，表明其在可穿戴设备上的应用前景。

论文信息：

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