氧化还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是各种电化学能量转换装置（例如燃料电池和金属空气电池）的关键过程。但是，ORR和OER的缓慢的多电子转移过程严重阻碍了这些能源技术的实际应用与发展，因此开发氧气电催化剂对于这些能量转换系统就显得至关重要。具有多个阳离子的尖晶石型（A_XB_YO_Z）复合氧化物可以在A或B位的阳离子之间表现出多种化学有序性，从而表现出各种电催化性能。尽管尖晶石材料因其对OER和ORR的出色催化活性而被广泛研究，但是在反应过程中经常观察到催化剂表面和界面附近的阳离子聚集或偏析，这在很大程度上影响了电极的动力学和耐久性。近日，广州大学刘兆清课题组通过协同优化物理孔结构并增加催化剂表面活性物质来改善尖晶石型氧化物（Zn_XNi_1-XCo₂O₄）中的氧化还原惰性Zn²⁺，在这项研究中提出的新的催化剂活化策略适用于新型双功能含锌尖晶石电催化剂的设计和合成。

文章要点：

1）在条件下，实验和理论上都确定了Zn²⁺偏析的存在，新形成的V_Zn-O-Co合金可以使活性中心Co与含氧物种之间发生更合适的结合相互作用，从而产生卓越的ORR性能。

2）液流式锌空气电池采用结构优化的Zn_0.4Ni_0.6Co₂O₄纳米颗粒作为有效的空气阴极，该纳米颗粒负载在N掺杂碳纳米管（ZNCO/NCNTs）上，具有显着的功率密度（109.1 mW/cm2） ），高开路电位，出色的耐久性和高倍率性能。这一发现可以阐明在OER试验后，实验观察到的ZnXNi1-XCo2O4氧化物的ORR活性增强。

3）提出了ZNCO/NCNTs中潜在的双重增强机制，并在实验相关的电化学条件下有一定的活性趋势。锌的引入部分是通过控制物理状态，从而为样品带来了许多中孔并大大增加了比表面积，这恰好提供了边缘结构和更多的反应位点。通过阳离子偏析，可以清楚地观察到，经过稳定性测试后，大量空位位点在表面上随机分布，尤其是在换句话说，空位的形成得益于丰富的多孔结构。合成的ZNCO/NCNT的理论和实验研究相结合，证实V_Zn作为新形成的催化活性中心活化的Co位点具有优越的ORR和OER双功能性。在这项工作中提出的新的催化剂活化策略适用于新型双功能含锌尖晶石电催化剂的设计和合成。

Xiao-Tong Wang, et al,. Surface Reorganization on Electrochemically-Induced Zn-Ni-Co Spinel Oxides for Enhanced Oxygen Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed.,2020

DOI:10.1002/anie.202000690

http://dx.doi.org/10.1002/anie.202000690