在全球能源危机和环境污染的双重压力下，发展可持续能源技术至关重要。可充电锌-空气电池以其高能量密度（1086 Wh kg-1）和环境友好性引起了人们的广泛关注，但在充放电过程中阴极发生的ORR和OER均涉及多电子转移过程，故存在动力学缓慢问题。目前，贵金属及其氧化物（如Pt、RuO2、IrO2等）是最有效的电催化剂，但成本高、储量低、易毒化，严重阻碍了相关器件的实际应用。因此，开发高效、廉价的双功能电催化剂对发展金属空气电池具有重要意义。
鉴于此，中北大学王美副教授和太原理工大学王孝广教授团队在ChemSusChem期刊发文，采用简单、易扩展的脱合金策略获得残余Al掺杂多孔尖晶石型氧化物NiCo2O4；物理化学表征结果发现，Al掺杂量与初始合金中惰性组元Ni/Co原子比呈正相关关系，且Al掺量越少，多孔材料比表面积越大；电化学测试表明，残余Al元素可原位促进多孔NiCo2O4的电催化ORR活性、OER活性及锌-空气电池循环性能；DFT理论计算证明，少量Al掺杂可改变ORR/OER的反应决速步骤，并显著降低吉布斯自由能。
该设计思路中Al元素起到双重作用，一方面作为造孔剂获得连续贯通的多级孔结构，为电化学反应提供良好的传质通道，进而加速电子传输速率、缩短反应时间、提高反应效率；另一方面可原位遗传/掺杂到多孔材料中，并改变其电子结构，进而调控电子传导性、降低反应中间体势垒、优化电催化ORR/OER活性，这也为研发高效二次金属空气电池提供了新的见解和思路。
论文信息
Dealloying-Derived Porous Spinel Oxide for Bifunctional Oxygen Electrocatalysis and Rechargeable Zinc-Air Batteries: Promotion of Activity Via Hereditary Al-Doping
Dr. Mei Wang, Yi Long, Dr. Huifang Zhao, Wenjuan Zhang, Prof. Liyong Wang, Dr. Ruifeng Dong, Prof. Hua Hou, Prof. Huiqi Wang, Prof. Xiaoguang Wang
ChemSusChem
DOI: 10.1002/cssc.202201518
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