开发低成本、高效率的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)双功能电催化剂是加速锌-空气二次电池广泛应用的关键。

近日，滑铁卢大学陈忠伟教授，Aiping Yu设计并研究了一种独特的Mg修饰的三维有序介孔（3DOM）Co₃O₄电催化剂作为锌-空气电池正极材料。

文章要点

1）研究发现，通过与取代的镁原子配位来调节Co中心的电子结构和成键构型，有效地增强了与氧物种的相互作用，从而提高了ORR/OER活性。同时，Co²⁺被Mg²⁺取代后，在3DOM-Mg_xCo_3-xO₄中产生了丰富的、更具催化活性的八面体中心(Co³⁺)。此外，量身定制的3D互穿多孔结构使电催化剂具有较大的氧物种扩散通道和高度可及的活性中心。

2）经计时电流法测试，16 h后催化剂的ORR电流和OER电流的保持率分别为99%和98%。用3DOM-Mg_xCo_3-xO₄组装的锌-空气电池具有253 mW cm⁻²的高功率密度和236 h以上的长期循环性能，在性能和稳定性方面优于商用贵金属基催化剂。

这项工作为开发面向锌空气电池实际应用的健壮的双功能电催化剂提供了一种简单而有前景的设计策略。

参考文献

Yatian Zhang, Zhen Zhang, Gaopeng Jiang, Alireza Haghighat Mamaghani, Serubbabel Sy, Rui Gao, Yi Jiang, Yaping Deng, Zhengyu Bai, Lin Yang, Aiping Yu and Zhongwei Chen, Three-Dimensionally Ordered Mesoporous Co₃O₄ Decorated with Mg as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for High-Performance Zinc-Air Batteries, Nano Energy, (2022)

DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107425

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107425