近期，我院祝志宏课题组在双功能氧气电催化剂应用于可逆锌空电池领域，连续在国际著名期刊Small和Journal of Materials Chemistry A杂志上发表两篇相关学术研究论文。
锌空气电池具有能量密度高(1084 Wh kg−1)、工作电压平稳、环境友好、安全可靠等优点，是解决当前全球能源危机和严重环境问题的一项有前景的技术。然而，由于充电过程中氧气析出反应(OER)和放电过程中氧气还原反应(ORR)固有的萧条动力学，使得可充锌空气电池循环寿命通常较短。而且，可充锌空气电池使用的都是昂贵的金属催化剂混合物（如钌/铱氧化物和铂基材料）。另外，它们通常只具有单一功能的催化特性且稳定性不足。这些都极大地阻碍了可充锌空气电池的商业化。因此，寻找催化性能强健、成本低廉的双功能非贵金属电催化剂是提高空气阴极反应效率的关键。
对此，祝志宏课题组通过一步热解PANI包覆的3D Ni2Fe1纳米链，并伴随着有效的KOH活化和刻蚀，成功的同时联合Ni(Fe)OOH和Ni/Fe-N-C活性位点到三维互联、多孔的核壳Ni2Fe1@PANI-KOH900纳米链中。受益于超薄多孔的碳壳和三维互联结构，不仅有效阻止了Ni2Fe1纳米链在高温合成过程中的团聚问题，从而暴露充足的OER/ORR活性位点；同时，还极大的提升了整个体系的电导率。所制备Ni2Fe1@PANI-KOH900复合物的OER/ORR性能均明显优于标准的商业化RuO2和Pt/C贵金属催化剂。将该双功能催化剂实际应用于可逆锌空气电池，展示出空前优越的充放电性能和持久的循环寿命。该策略为下一代可逆能源转化系统中多功能电催化剂的设计和发展提供了新思路，可广泛应用于金属空气电池、燃料电池、全解水以及其他能源储存和转换领域。相关成果以“Three-dimensional interconnected core–shell networks with Ni(Fe)OOH and M–N–C active species together as high-efficiency oxygen catalysts for rechargeable Zn–air batteries”为题发表在Journal of Materials Chemistry A(2019,7, 19045-19059)杂志上，该杂志影响因子为10.733。
该课题组还通过FeCl3包封紫菜热解得到了一种N和S共掺杂的Fe-N-C催化剂（Fe-NSDC）。受益于大量原子分散的活性位点产生高ORR/OER活性，3D导电片状结构促进离子/电子转移，大比表面积暴露了更多的活性位点，最终样品显示出十分优异的双功能电催化活性和稳定性。明确了S掺杂在Fe-N-C材料中的关键作用，基于该电催化剂的可充电锌空气电池在100mA cm-2的高电流密度下显示出较低充放电电压极化，这优于Pt/C和Pt/C+RuO2催化剂。所有上述结果表明，S掺杂的Fe-N-生物碳源对于实现可再充电的锌-空气电池的OER的改进是有效的。相关研究成果“Single Fe Atom on Hierarchically Porous S, N-CodopedNanocarbon Derived from Porphyra Enable Boosted Oxygen Catalysis for Rechargeable Zn-Air Batteries”为题发表在Small（2019, 10.1002/smll.201900307）杂志上，该杂志影响因子为10.856。
上述研究成果的第一作者为我院2017级博士研究生张纪廷，我校为唯一通讯作者单位，此研究工作得到了湖北省自然科学基金重点项目和中央高校基本科研业务经费等项目的资助。
论文链接：
1）https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201900307
2）https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta06852j#!divAbstract
