我校教师在可充电锌空电池研究领域取得新进展

近日，我校材料科学与工程学院张雷教授在可充电锌空电池研究领域取得新进展，研究成果相继被Chemical Engineering Journal(中科院1区，Top期刊，IF = 16.744)，Journal of Materials Chemistry A(中科院1区，Top期刊，IF = 14.511)，Journal of Colloid and Interface Science(中科院1区，Top期刊，IF = 9.965)等国际重要期刊连续报道。

基于可逆电化学氧还原和氧析出(ORR/OER)的可充电锌空气电池由于其兼具高能量密度和可靠的安全性，在可再生能源存储和新能源汽车动力系统中具有广阔的应用前景，但如何构筑高活性和高稳定性的多功能活性位点仍是当前一大挑战。此外，催化活性中心的可及性和物质传输通道的构建也是制约其电催化性能的又一关键因素。有鉴于此，研究团队从活性位点局域结构调控及其传质/传荷通道构筑两个角度开展研究工作。

采用“化学取向刻蚀-高温热转化”耦合技术，成功将金属有机框架前驱体转化为三金属合金多孔纳米笼；进一步研究揭示了三种金属间的界面电荷转移和有利的传输通道设计，促进了活性位点上中间体的吸/脱附过程，并显著提升了电催化过程中的传质和传荷行为，因而展现出了优异的双功能氧催化活性和稳定性。相关研究成果以“Simultaneously promoting charge and mass transports in carved particle-in-box nanoreactor for rechargeable Zn-air battery”为题发表在Chemical Engineering Journal(DOI: 10.1016/j.cej.2022.137210).

通过多掺杂工程策略，成功将Fe-Co₂P位点锚定在氮/磷共掺杂碳基质中；利用多组分之间强的相互作用，调制活性位点的局域微环境，从而优化了含氧中间体的吸附/解吸能力。相关研究成果以“Tailoring charge reconfiguration in dodecahedral Co₂P@carbon nanohybrid by triple-doping engineering for promoted reversible oxygen catalysis”为题发表在Journal of Materials Chemistry A(DOI: 10.1039/D2TA04482J).

基于Mott-Schottky材料模型，构建了一例新颖的嵌有Ni-Fe/Fe₃C活性组分的碳纳米笼，研究表明异质结界面上的电荷重新分布可以促进电子转移速率，从而降低能量势垒，并提高催化剂对ORR和OER的本征催化活性。此外，催化剂本身高比表面积和多孔中空结构不仅能够提高活性位点的利用率，而且可以有效提升电催化过程的传质动力学。相关研究成果以“Nickel-induced charge redistribution in Ni-Fe/Fe₃C@nitrogen-dopedcarbon nanocage as a robust Mott-Schottky bi-functional oxygencatalyst for rechargeable Zn-air battery”为题发表在Journal of Colloid and Interface Science(DOI: 10.1016/j.jcis.2022.06.067).

上述研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、安徽省自然科学基金优青项目、安徽省高校协同创新项目、安徽省高校优秀青年人才支撑计划-重点项目，以及安徽安徽理工大学“青尖人才”培养工程等基金的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722026997?via%3Dihub

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta04482j

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979722010463?via%3Dihub