氧还原反应（ORR）是电化学能量转换过程中涉及的最基本的反应之一，高效ORR催化剂的开发对燃料电池，金属-空气电池等的发展至关重要。铂（Pt）基材料是微电子传感器，抗癌药物，汽车催化转换器和电化学能量转换设备的重要组成部分，它也是目前燃料电池和金属-空气电池等设备中用于ORR的最常见催化剂，但Pt地球储量少，成本和易中毒性问题限制了其大规模的使用。因此，开发地球富含的高效ORR催化剂替代Pt基催化剂具有重要意义。有鉴于此，中科院宁波材料技术与工程研究所杨明辉，爱丁堡大学J. Paul Attfield等多团队合作，采用urea-glass法制备出了一种氮化锆（ZrN）纳米颗粒催化剂，其可以替代甚至超过Pt基催化剂作为碱性环境中ORR催化剂。实验发现，合成后的ZrN纳米颗粒（NPs）具有高的ORR性能，且具有与广泛使用的Pt/C商业催化剂相当的活性。在0.1 M KOH溶液中，ZrN NPs和商用Pt/C具有相同的半波电势（E1/2=0.80 V），经过在1000个循环后，ZrN（ΔE1/2=-3 mV）显示出比商用Pt/C催化剂（ΔE1/2=-3 mV）更高的稳定性。此外，在锌-空气电池中，ZrN显示出比商用Pt/C催化剂更高的功率密度和可循环性。用ZrN代替Pt可降低成本并促进电化学能源设备的使用，并且ZrN在其它催化系统也具有潜在的应用。
Yao Yuan, Jiacheng Wang, J. Paul Attfield*, Minghui Yang*, et al. Zirconium nitride catalysts surpass platinum for oxygen reduction. Nat. Mater., 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0535-9
