孙亚鑫等JCIS文章：用于锌空气电池的高效稳定双功能催化剂Fe-FeOx/NC - 课题组新闻

可充电锌空气电池（ZABs）因其理论能量密度高（1086 Wh kg-1）、成本低、环保和安全性高等优势，已成为绿色储能领域的核心候选技术。然而，其商业化进程正面临关键瓶颈——空气阴极上氧还原反应（ORR）与析氧反应（OER）涉及多个质子耦合电子转移过程以及含氧中间产物的吸附/解吸，因此反应动力学速率迟缓且过电位较高，严重阻碍了ZAB的商业开发进程。因此，研发协同高催化活性与长期循环稳定性的电催化剂，已成为推动可持续能源转换系统落地应用的核心突破口。

石河子大学于锋教授（点击查看介绍）和香港理工大学黄海涛教授（点击查看介绍）团队利用瞬时纳米沉降技术（flash nanoprecipitation, FNP）和炭浴法（carbon bath method, CBM）制备了氮掺杂碳负载Fe-FeOx纳米颗粒（Fe-FeOx/NC）的双功能电催化剂。该催化及拥有OER活性（铁氧化物）与ORR活性（C-Nₓ（C））基团，实现了优异的双功能催化活性。在碱性条件下，10 mA cm-2的OER电位与ORR半波电位（E1/2）之间的电位差仅为0.705 V。通过原位表征和密度泛函理论（DFT）理论计算验证，氮掺杂不仅大幅增强了电子传导性和优化Fe的电子环境，其优异的双功能活性主要归因于铁氧化物位点和邻近Fe调控的C-Nₓ（C）位点，通过调控Fe的d带中心可以优化吸附-脱附平衡，降低催化能垒。基于该催化剂组装的锌空气电池具有719 mAh g-1的高比容量和超长循环稳定性，循环充放电400小时，电压几乎无衰减，充分彰显了其在锌空气电池实际应用中的巨大潜力。