近日，永利劉易斯博士團隊在金屬空氣電池氧電催化劑研究方面取得重要進展。相關研究成果以“Host–Guest Engineering of Dual-Metal Nitrogen Carbides as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for Long-Cycle Rechargeable Zn-Air Battery”為題發表在Carbon Energy期刊上。Carbon Energy是由溫州大學與Wiley聯合出版的高水平國際學術期刊，聚焦清潔能源、光電催化的“碳增”合成、新型碳制造、碳減排以及碳催化等領域，影響因子為19.5，中科院一區，大類：Materials Science小類：Materials Science (miscellaneous)排名：7/196。劉易斯博士為該論文第一作者，杜嶽博士為共同通訊作者，3044am永利集团為第一通訊單位。上述研究成果得到了國家自然科學基金和湖北省自然科學基金的資助。
過度依賴化石燃料加劇了能源危機，導緻環境污染，促使人們努力研究更可持續和高效的能源轉換和儲存設備，如燃料電池和金屬空氣電池。開發高效的雙功能氧電催化劑，包括氧還原反應（ORR）和氧析出反應（OER），以促進反應動力學，以優化這種可持續能源技術的效率。貴金屬電催化劑，如Pt和RuO2，被廣泛認為具有更好的催化活性，然而，它們的高價格和低耐久性阻礙了它們的廣泛商業應用。因此，新型的可充電金屬-空氣電池需要低成本的替代品，兼具有優異的氧電催化活性和高穩定性。
劉易斯博士團隊針對 Me/Nx/C電催化劑活性位點的高密度高分散制備難題，利用MIL-88B獨特的空腔-孔結構優勢，作為主體模闆封裝金屬前驅體CoPP（客體分子），不僅能利用孔道有效孤立金屬前驅體以避免熱解過程中金屬團聚和快速氧化，并且金屬客體在主體腔内也能起到支撐孔道結構的作用，防止熱解導緻結構坍塌。制備得到的三維多孔氮摻雜碳限域Co3Fe7納米合金顆粒複合材料（Co3Fe7/NC）具有高密度高分散雙金屬原子（FeN2-CoN4）活性位點，提高了催化劑的本征雙功能催化（ORR與OER）活性（其ORR半波電位達0.86 V，在10 mA cm⁻²時的 OER過電位僅為1.53 V）。通過理論計算與原位拉曼表征相結合共同證實了其氧電催化機制。此外，Co3Fe7/NC作為金屬空氣電池陰極催化劑，表現出高比容量和超長（> 1400 h）的循環穩定性，并且在柔性鋅空氣電池中也展現出優異的柔韌性能。這項工作為設計高效的Me/Nx/C催化劑開辟了新的機遇，這可能推動燃料電池/金屬空氣電池産業的發展。
論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.682
作者簡介：
劉易斯，博士，副教授，碩士生導師，湖北省楚天學子。近幾年主持國家自然科學基金青年項目、湖北省自然科學基金項目（青年、面上）、國家重點實驗室開放課題等。劉易斯博士團隊主要從事電催化材料以及金屬空氣電池等相關領域的研究，已在Carbon Energy, Nano Energy, Nano Research, Chemical Engineering Journal, Small, ACS Applied Materials& Interfaces, Carbon等國際知名SCI期刊發表論文50餘篇，其中 ESI 高被引論文3篇，申請國家發明專利5項。