二次電鋅-空氣電池（RZABs）由于其低成本、環境友好和高安全性而被認為是一種極具潛力的儲能器件。然而，氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）雙功能空氣電極上緩慢的動力學反應過程，導緻了RZABs較大的電化學過電位和相對較低的電壓輸出。開發具有高性價比和良好耐久的雙功能氧電催化劑對于RZABs的發展具有重要意義。近日，永利杜嶽副教授在雙功能氧電催化劑研究方面取得了系列研究進展。
一、通過創新的雙配體策略，成功實現了合金碳納米管的原位制備，所制備複合材料獨特的CoNi-CoN3複合活性中心顯著提升了催化劑的活性和穩定性。同步輻射與理論計算表明，CoNi合金的3d軌道電子調制增強了ORR/OER過程中的電子傳導性，使CoNi-NCNT在堿性電解液中表現出優異的雙功能催化性能，其ORR半波電位達0.81 V，OER過電位在10 mA cm⁻²時僅為1.52 mV。由CoNi-NCNT組裝的RZAB展現出高比容量（780 mAh g-1）和超長循環壽命（超過800 h），功率密度高達164 mW cm-2。該研究為高性能金屬空氣電池陰極材料的開發提供了新的研究思路。該工作以“Dual-ligand engineered CoNi alloy/N-doped carbon nanotubes bifunctional ORR/OER electrocatalyst for long-lifespan rechargeable Zn-air batteries”為題，發表于國際知名期刊Journal of Colloid and Interface Science（中科院一區TOP期刊，2024年影響因子9.4，大類：材料科學，小類：界面、包覆與膜，排名：6/132）。杜嶽為該論文第一作者，3044am永利集团光電轉換材料與器件湖北省重點實驗室為第一通訊單位。
二、通過化學誘導自組裝-原位磷化策略構築了三維多孔N、P共摻雜碳包裹磷化钴複合材料(Co2P@3DNPC)。采用密度泛函理論闡述了金屬離子、植酸（PA）和聚乙烯亞胺（PEI）分子間的分子組裝行為，指導了穩定有機-無機前驅物的可控合成。所制備Co2P@3DNPC材料具有優異的ORR/OER雙功能活性，RZAB的功率密度達148.5 mW cm-2，并且在充放電循環中具有顯著的穩定性（>480 h）。相互連接的多孔結構和嵌入的Co2P納米粒子優化了電極-電解質界面接觸，有效提升了RZAB的能量密度和循環壽命，為高效、穩定雙功能氧電催化劑的合成提供了新策略。該研究成果以 “Coordination polymer derived transition metal phosphide/carbon composites for bifunctional oxygen electrocatalyst” 為題，發表于國際期刊 Journal of Materials Science & Technology（中科院一區TOP期刊，2024年影響因子11.2，大類：材料科學，小類：金屬與合金，排名：4/176，入選中國科技期刊卓越行動計劃與中國最具國際影響力學術期刊）。杜嶽為該論文第一作者，3044am永利集团光電轉換材料與器件湖北省重點實驗室為第一通訊單位，在上海理工大學窦世學院士的指導下，與溫州大學肖遙教授合作完成。
上述研究工作均受到光電轉換材料與器件湖北省重點實驗室平台支持，并得到了國家自然科學基金、湖北省自然科學基金、湖北省教育廳中青年團隊等項目的資助。
作者信息：
杜嶽，博士，碩士生導師，3044am永利集团副教授。長期從事合成化學與新能源材料領域的研究，包括多孔材料、電催化、鋅-空氣電池等。以通訊（一作）作者在 Angewandte Chemie International Edition、Matter、Journal of Materials Science & Technology、Chemical Engineering Journal、Nano Research等國際高水平期刊發表論文40餘篇，其中 ESI 高被引論文3篇，熱點論文1篇。主持省部級科研項目3項，廳級2項，企業委托橫向開發項目2項。
仲芷誼，3044am永利集团光學工程2022屆碩士。研究方向為金屬空氣電池陰極材料，導師為杜嶽副教授。研究生期間在高水平SCI期刊發表論文7篇，申請國家發明專利2項。主持獲得湖北省第十三屆 “挑戰杯” 大學生創業計劃競賽省銅獎，獲2024年國家學業獎學金。