我校教师在可逆氧电催化研究领域取得新进展

近日，我校金沙js1005线路张雷教授在可逆氧电催化研究领域取得新进展，研究成果相继被Chemical Engineering Journal (IF = 16.744)和Journal of Materials Chemistry A (IF = 14.511)等国际重要期刊连续报道。

锌空气电池由于其安全性、环境友好性、高能量密度等优势，被誉为最具有潜力的下一代电化学储能体系。然而，可充电锌空气电池的核心反应（氧还原反应：ORR和氧释放反应：OER）通常涉及到多电子转移过程，表现出缓慢的反应动力学和较低的电催化反应效率。因此开发高活性ORR和OER催化剂仍然是一个挑战。有鉴于此，研究团队从活性位点偶联和电子结构调控两个角度开展研究工作。

发展了一种简单的“化学蚀刻/原位捕获”合成策略，制备了负载有尺寸不对称的Co单原子和金属Co纳米粒子的双壳碳基纳米盒。该催化剂可利用其独特的双壳层结构，增大其反应面积，加快催化过程中的传质和传荷，并实现催化活性的大幅度提高。更为重要的是，金属单原子和纳米粒子之间的强化学耦合，可优化电催化过程中反应中间体的吸附/脱附能垒，因此提升了可逆氧电催化活性。相关研究成果以“Asymmetrically coupled Cosingle-atom and Co nanoparticle in double-shelled carbon-based nanoreactor for enhanced reversible oxygen catalysis”为题发表在Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2022.140401)。

提出了原子级轨道耦合策略，利用多组分之间强的相互作用，有效地调节了氮掺杂碳空心纳米盒中多金属（Fe-Ni或Fe-Co-Ni）合金颗粒的电子结构，从而优化了含氧中间体的吸附/解吸能力，并实现了高效的可逆氧电催化。相关研究成果以“Tailoring the d-band center by intermetallic charge-transfer manipulation in bimetal alloy nanoparticle confined in N-doped carbon nanobox for efficient rechargeable Zn-air battery”和“Atomic-level orbital coupling in a tri-metal alloy site enables highly efficient reversible oxygen electrocatalysis”为题，分别发表在Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2023.142411)和Journal of Materials Chemistry A(DOI: 10.1039/D2TA08566F,Journal of Materials Chemistry A HOT Papers)。

另悉，据2023年3月ESI数据库显示，我校张雷教授以安徽理工大学为第一单位在ACS Nano期刊上发表的研究论文“Co/MoC Nanoparticles Embedded in Carbon Nanoboxes as Robust Trifunctional Electrocatalysts for a Zn-air Battery and Water Electrocatalysis”(2021, 15, 13399-13414)被ESI数据库遴选为高被引论文。ACS Nano是国际ESI材料学科著名学术期刊，最新影响因子IF = 18.027，为自然指数期刊和JCR/中科院分区双一区TOP期刊。

作者供图

张雷教授为上述论文的通讯作者，硕士生洪洁、聂志成、李梓瑶和朱元鑫等为课题的完成做出了重要的贡献。

此项研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、安徽省高校杰出青年科研项目、安徽省自然科学基金优青项目、安徽省高校优秀青年人才支持项目(重点项目)、安徽省高校协同创新项目，以及安徽理工大学“青尖人才”培养工程等基金的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722058818?via%3Dihub

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723011427

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/TA/D2TA08566F

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03766