安徽工業(yè)大學：開發(fā)出用于鋅-空氣電池的高效催化劑

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇 通訊員 張苒）近日，安徽工業(yè)大學教授曾杰、教授劉明凱和中國科學技術(shù)大學副教授李洪良合作，報道了一種通過界面錨定策略精準調(diào)控單原子之間距離的通用方法，通過該方法構(gòu)筑的近鄰單原子鐵催化劑在鋅-空氣電池中表現(xiàn)出超越貴金屬鉑的性能。

1月3日，該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。安徽工業(yè)大學為第一完成單位。

鋅—空氣電池也稱為鋅—氧空氣電池，是一種體積小、質(zhì)量輕、適用溫度范圍寬、無腐蝕且工作安全可靠的環(huán)保電池。然而，鋅—空氣電池的正極高度依賴貴金屬鉑的使用，鉑金屬的儲量有限，價格昂貴，進而制約了鋅—空氣電池的大規(guī)模推廣。開發(fā)出能夠替代貴金屬鉑且性能優(yōu)越的正極催化劑，是鋅—空氣電池領(lǐng)域的關(guān)鍵科學問題。

曾杰領(lǐng)銜的聯(lián)合研發(fā)團隊創(chuàng)造性地將化學刻蝕和氮源錨定的方法相結(jié)合，制備出高純度的雙原子鐵催化劑，并借助界面錨定策略實現(xiàn)了對相鄰兩個鐵原子之間距離的精準調(diào)控。研究人員還將該方法拓展應用到一系列非貴金屬催化劑中，實現(xiàn)了包括鐵、銅、鈷、鎳、鋅、錳等多種非貴金屬雙原子催化劑的制備。

研究人員將雙原子鐵催化劑應用在鋅—空氣電池的正極，用以替代傳統(tǒng)的鉑金屬催化劑。結(jié)果表明，這種雙原子鐵催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性、耐復雜環(huán)境能力和長時穩(wěn)定性。用這種雙原子鐵催化劑組裝的鋅-空氣電池，展示出高達190.6毫瓦每平方厘米的最大功率密度，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鉑催化劑組裝的電池（151.7毫瓦每平方厘米）。

這項工作為開發(fā)鋅—空氣電池用的低成本、高性能催化劑提供了新思路。隨著技術(shù)的不斷進步，鋅—空氣電池有望在未來的能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。