开发资源丰富且可持续的无金属双功能氧电催化剂对于锌-空气电池（ZAB）的实际应用至关重要。二维黑磷(BP)具有完全暴露的原子和活性孤对电子，是一种很有前途的氧电催化剂，但其催化活性低，电化学稳定性差。

有鉴于此，德累斯顿工业大学冯新亮教授和Minghao Yu等人，报道了首个通过将BP与石墨氮化碳（g-C₃N₄）共价键合的，BP基无金属双功能氧电催化剂(BP - CN - c)。

本文要点

1）在密度泛函理论(DFT)计算的指导下，通过将BP纳米片与石墨氮化碳(记为BP - CN - c)共价键合，证明了一种高效的无金属电催化剂。

2）BP - CN - c中极化的P-N共价键可以有效地调控电子从BP向石墨氮化碳的转移，显著促进了OOH*在磷原子上的吸附。令人印象深刻的是，BP - CN - c的析氧反应性能(10 mA cm⁻²下过电位为350 mV，运行10 h后保持率为90%)是目前报道的BP基无金属催化剂中最先进的。

3）BP - CN - c在氧还原反应中表现出390mv的小半波过电位，代表了首个双功能BP基无金属氧气催化剂。此外，与Pt/ c +RuO₂‐基ZABs (101.3 mW cm⁻²)相比，结合了BP-CN-c阴极组装而成的ZABs的峰值功率密度(168.3 mW cm⁻²)显著提高。

总之，该工作获得的对界面共价键的见解为合理设计新型廉价的无金属催化剂铺平了道路。

参考文献：

Xia Wang et al. Interfacial Covalent Bonds Regulated Electron‐Deficient 2D Black Phosphorus for Electrocatalytic Oxygen Reactions. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202008752

https://doi.org/10.1002/adma.202008752