由于化石燃料的广泛使用，正在出现的全球能源和环境危机要求开发清洁、可再生和可持续的能源。能量转换和储存技术，如水电解质和锌空气电池，已经成为学术和工业应用中最有前途的研究领域。就这些装置的工作原理而言，析氧反应(OER)和析氢反应(HER)是水分解装置用来将电能转化为氧气和氢气的两个半电化学反应。然而，高活化能导致HER、OER和ORR的动力学变得迟缓，因此需要高过电位才能达到理想的反应速率。为了克服这些问题，最近开发了不同的活性催化剂以加速动力学并降低这些反应的必要的超电势。其中，最先进的Pt和RuO₂或IrO₂催化剂因其优异的催化活性而被认为是最佳的候选催化剂。然而，它们的稀缺性、高成本和低电化学/化学稳定性极大地限制了其广泛的工业应用潜力。因此，合理设计廉价，高活性，稳定的金属-空气电池和水分解用多功能电催化剂，对于满足未来能量转换和存储技术的高效需求至关重要。

有鉴于此，韩国全北国立大学教授Lee, Joong Hee和Nam Hoon Kim等人，开发了一种基于由Cu@CuS纳米线支撑的磷和硫双掺杂氧化钴纳米片的高效多功能催化剂，用于水分解和锌空气电池。

本文要点

1）通过一种简单的方法，成功地开发了垂直生长在Cu@CuS NWs上的基于磷和硫双掺杂CoxOy纳米片(P,S‐CoxOy/Cu@CuS NWs)的多功能催化剂。这种独特的异质结构的形成不仅增加了电活性位点的数量和类型，而且导致电子结构的调制，该电子结构向反应物产生了合理的吸附能，从而提高了电催化效率。

2）该催化剂在碱性介质中用于全水分解和可充电锌-空气电池具有理想的使用效率。对于HER和OER，催化剂仅需要116和280 mV的小过电位（η）即可分别达到10 mA cm^-2。

3）当它被用于制造电解槽时，该器件在10 mA cm⁻²的电池电压为1.52 V，并具有长期稳定性。此外，基于P,S‐CoxOy/Cu@CuS NW的锌空气电池的电池电压为1.383 V，在210 mA cm⁻²下的功率密度为140 mW cm^-2，在220 mA cm^-2下的功率密度为130 mW cm^-2，且持续充放电过程超过25 h，其性能没有任何明显的下降。

参考文献：

Thi Luu Luyen Doan et al. Rational Engineering CoxOy Nanosheets via Phosphorous and Sulfur Dual‐Coupling for Enhancing Water Splitting and Zn–Air Battery. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202007822

https://doi.org/10.1002/adfm.202007822