近日，太阳成集团tyc33455秦皇岛分校资源与材料学院伊廷锋教授团队在锌空气电池领域取得重要进展，研究成果“Enhanced bifunctional oxygen electrocatalysis by synergistic active heterostructure design（协同活性异质结构设计增强双功能氧电催化）”发表于能源材料领域国际顶级刊物Advanced Energy Materials。材料科学与工程专业博士研究生李桃桃为第一作者，秦皇岛分校伊廷锋教授和四川大学张千玉副教授为论文通讯作者，太阳成集团tyc33455为第一完成单位。
日益严重的能源危机和环境问题促使研究人员开发高效的能源储存和转换设备，以有效利用新的可再生能源。可充电锌空气电池具有理论能量密度高、成本低、安全性能可靠、可长期充电等优点，是下一代储能系统的理想候选材料。然而，由于空气电极上的电化学反应氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)速度较慢，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，因此反应动力学慢、能量障碍高，严重阻碍了锌空气电池的商业开发。尽管贵金属基(Pt/Ru基)电催化剂具有优异的ORR/OER催化活性，但其稀缺性和高成本阻碍了其大规模商业化。因此，迫切需要开发低成本、高效、耐用的非贵金属双功能氧电催化剂。
因此，该研究团队通过引入碳点(CDs)来辅助调节单相双金属氧化物(CoFe2O4)和金属位点(Co)，从而构建了稳定高效的双功能电催化剂。匹配良好的晶格建立了一个相互作用界面，促进了Co和CoFe2O4之间的动态电子转移，并重新分配了局部电荷密度，以满足ORR和OER的不同需求。CDs的引入有效地结合了活性位点并改变了电子密度，即Co2+被部分还原成Co纳米粒子(NPs)，Co NPs引发的电子转移调节了CoFe2O4位点上氧中间产物的吸附能，加速了*O2向*OOH的转化，从而促进了最终产物的形成和释放，并因此降低了能障。这种独特的CDs辅助衍生异质结构大大提高了FeCoCDs/CSs催化剂的高活性双功能性能，优于大多数已报道的催化剂。用FeCoCDs/CSs组装的锌空气水充电电池表现出令人印象深刻的性能，比容量高达821.59mAh g-1，在20mA cm-2条件下充放电循环持续时间为750h。使用FeCoCDs/CS组装的FZAB即使在-40~60oC的宽温度范围内也能超稳定运行。由于CDs有效地调节了Co/FeCo2O4异质界面，它诱导了局部电荷的重新分布，从而促进了电化学反应过程中的电子和质量转移，提高了催化活性，并为优化能源设备和能源转换碳基催化剂工程提供了新的见解。
FeCoCDs/CSs的相应的理论计算示意图
