二次电锌-空气电池（RZABs）由于其低成本、环境友好和高安全性而被认为是一种极具潜力的储能器件。然而，氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）双功能空气电极上缓慢的动力学反应过程，导致了RZABs较大的电化学过电位和相对较低的电压输出。开发具有高性价比和良好耐久的双功能氧电催化剂对于RZABs的发展具有重要意义。近日，我院杜岳副教授在双功能氧电催化剂研究方面取得了系列研究进展。
一、通过创新的双配体策略，成功实现了合金碳纳米管的原位制备，所制备复合材料独特的CoNi-CoN3复合活性中心显著提升了催化剂的活性和稳定性。同步辐射与理论计算表明，CoNi合金的3d轨道电子调制增强了ORR/OER过程中的电子传导性，使CoNi-NCNT在碱性电解液中表现出优异的双功能催化性能，其ORR半波电位达0.81 V，OER过电位在10 mA cm⁻²时仅为1.52 mV。由CoNi-NCNT组装的RZAB展现出高比容量（780 mAh g-1）和超长循环寿命（超过800 h），功率密度高达164 mW cm-2。该研究为高性能金属空气电池阴极材料的开发提供了新的研究思路。该工作以“Dual-ligand engineered CoNi alloy/N-doped carbon nanotubes bifunctional ORR/OER electrocatalyst for long-lifespan rechargeable Zn-air batteries”为题，发表于国际知名期刊Journal of Colloid and Interface Science（中科院一区TOP期刊，2024年影响因子9.4，大类：材料科学，小类：界面、包覆与膜，排名：6/132）。杜岳为该论文第一作者，湖北师范大学光电转换材料与器件湖北省重点实验室为第一通讯单位。
二、通过化学诱导自组装-原位磷化策略构筑了三维多孔N、P共掺杂碳包裹磷化钴复合材料(Co2P@3DNPC)。采用密度泛函理论阐述了金属离子、植酸（PA）和聚乙烯亚胺（PEI）分子间的分子组装行为，指导了稳定有机-无机前驱物的可控合成。所制备Co2P@3DNPC材料具有优异的ORR/OER双功能活性，RZAB的功率密度达148.5 mW cm-2，并且在充放电循环中具有显著的稳定性（>480 h）。相互连接的多孔结构和嵌入的Co2P纳米粒子优化了电极-电解质界面接触，有效提升了RZAB的能量密度和循环寿命，为高效、稳定双功能氧电催化剂的合成提供了新策略。该研究成果以 “Coordination polymer derived transition metal phosphide/carbon composites for bifunctional oxygen electrocatalyst” 为题，发表于国际期刊 Journal of Materials Science & Technology（中科院一区TOP期刊，2024年影响因子11.2，大类：材料科学，小类：金属与合金，排名：4/176，入选中国科技期刊卓越行动计划与中国最具国际影响力学术期刊）。杜岳为该论文第一作者，湖北师范大学光电转换材料与器件湖北省重点实验室为第一通讯单位，在上海理工大学窦世学院士的指导下，与温州大学肖遥教授合作完成。
上述研究工作均受到光电转换材料与器件湖北省重点实验室平台支持，并得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅中青年团队等项目的资助。
作者信息：
杜岳，博士，硕士生导师，湖北师范大学材料科学与工程学院副教授。长期从事合成化学与新能源材料领域的研究，包括多孔材料、电催化、锌-空气电池等。以通讯（一作）作者在 Angewandte Chemie International Edition、Matter、Journal of Materials Science & Technology、Chemical Engineering Journal、Nano Research等国际高水平期刊发表论文40余篇，其中 ESI 高被引论文3篇，热点论文1篇。主持省部级科研项目3项，厅级2项，企业委托横向开发项目2项。
仲芷谊，湖北师范大学材料科学与工程学院光学工程2022届硕士。研究方向为金属空气电池阴极材料，导师为杜岳副教授。研究生期间在高水平SCI期刊发表论文7篇，申请国家发明专利2项。主持获得湖北省第十三届 “挑战杯” 大学生创业计划竞赛省铜奖，获2024年国家学业奖学金。