我校教师在可逆氧电催化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逆氧电催化研究领域取得新进展，研究成果相继被Chemical Engineering Journal (IF = 16.744)和Journal of Materials Chemistry A (IF = 14.511)等国际重要期刊连续报道。

锌空气电池由于其安全性、环境友好性、高能量密度等优势，被誉为最具有潜力的下一代电化学储能体系。然而，可充电锌空气电池的核心反应（氧还原反应：ORR和氧释放反应：OER）通常涉及到多电子转移过程，表现出缓慢的反应动力学和较低的电催化反应效率。因此开发高活性ORR和OER催化剂仍然是一个挑战。有鉴于此，研究团队从活性位点偶联和电子结构调控两个角度开展研究工作。

发展了一种简单的“化学蚀刻/原位捕获”合成策略，制备了负载有尺寸不对称的Co单原子和金属Co纳米粒子的双壳碳基纳米盒。该催化剂可利用其独特的双壳层结构，增大其反应面积，加快催化过程中的传质和传荷，并实现催化活性的大幅度提高。更为重要的是，金属单原子和纳米粒子之间的强化学耦合，可优化电催化过程中反应中间体的吸附/脱附能垒，因此提升了可逆氧电催化活性。相关研究成果以“Asymmetrically coupled Cosingle-atom and Co nanoparticle in double-shelled carbon-based nanoreactor for enhanced reversible oxygen catalysis”为题发表在Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2022.140401)。

提出了原子级轨道耦合策略，利用多组分之间强的相互作用，有效地调节了氮掺杂碳空心纳米盒中多金属（Fe-Ni或Fe-Co-Ni）合金颗粒的电子结构，从而优化了含氧中间体的吸附/解吸能力，并实现了高效的可逆氧电催化。相关研究成果以“Tailoring the d-band center by intermetallic charge-transfer manipulation in bimetal alloy nanoparticle confined in N-doped carbon nanobox for efficient rechargeable Zn-air battery”和“Atomic-level orbital coupling in a tri-metal alloy site enables highly efficient reversible oxygen electrocatalysis”为题，分别发表在Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2023.142411)和Journal of Materials Chemistry A(DOI: 10.1039/D2TA08566F,Journal of Materials Chemistry A HOT Papers)。

另悉，据2023年3月ESI数据库显示，我校张雷教授以安徽理工大学为第一单位在ACS Nano期刊上发表的研究论文“Co/MoC Nanoparticles Embedded in Carbon Nanoboxes as Robust Trifunctional Electrocatalysts for a Zn-air Battery and Water Electrocatalysis”(2021, 15, 13399-13414)被ESI数据库遴选为高被引论文。ACS Nano是国际ESI材料学科著名学术期刊，最新影响因子IF = 18.027，为自然指数期刊和JCR/中科院分区双一区TOP期刊。

作者供图

张雷教授为上述论文的通讯作者，硕士生洪洁、聂志成、李梓瑶和朱元鑫等为课题的完成做出了重要的贡献。

此项研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、安徽省高校杰出青年科研项目、安徽省自然科学基金优青项目、安徽省高校优秀青年人才支持项目(重点项目)、安徽省高校协同创新项目，以及安徽理工大学“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/S1385894722058818?via%3Dihub

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723011427

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/TA/D2TA08566F

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03766