祝贺王珩同学发表在国际TOP期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=13.3)发表研究论文

研究背景

随着全球能源危机的加剧和环境问题的日益严峻，开发高效、清洁的能源转换技术成为当前科研领域的焦点。氧还原反应（ORR）是燃料电池和金属-空气电池等新能源技术的核心反应之一。然而，传统的铂基催化剂成本高、资源稀缺，限制了其广泛应用。因此，开发新型非贵金属催化剂替代铂成为研究的重点。近年来，过渡金属（TM）基催化剂因其低成本和高活性备受关注，但其性能与传统铂基催化剂仍有差距。如何在原子尺度上调控过渡金属的电子结构，进而提升其催化性能，是一个亟待解决的问题。

研究内容

本篇发表在《Chemical Engineering Journal》上的论文，针对这一问题提出了一种创新的解决方案。研究团队通过调控异核铜钴双原子位点的电子不对称性，成功提升了其氧还原反应的催化性能。具体而言，研究利用磷元素的引入，构建了具有不对称活性位点的CuCoNPC催化剂（CoN3-CuN3P）。这种结构使得反应性钴位点呈现高自旋态，进而改变了ORR的速率决定步骤。实验结果表明，CuCoNPC在碱性电解液中表现出卓越的ORR活性，其电流密度（jk）达到54 mA cm−2，半波电位（E1/2）为0.86 VRHE，均优于铂催化剂。此外，该催化剂在酸性介质中也表现出与铂相当的性能。在实际应用中，CuCoNPC在液态和全固态柔性锌-空气电池中均展现出优异的性能。

研究意义

本研究的创新点在于通过调控过渡金属位点的电子不对称性，实现了催化剂自旋态的有效调控，从而显著提升了其ORR性能。这一研究为开发高性能过渡金属基ORR催化剂提供了新的思路和方法。此外，该催化剂在实际电池应用中的优越表现，展现了其在新能源技术中的广阔应用前景。通过进一步优化和推广，这一成果有望加速燃料电池和金属-空气电池的商业化进程，为清洁能源的发展贡献力量。