可充电锌空气电池（ZABs）具有理论能量密度大、成本效益高、环境友好和安全性高等优点，是下一代储能和转换装置的潜在候选者，ZABs的性能很大程度上依赖于氧还原/析氧反应（ORR/OER），由于ORR/OER表现为缓慢的动力学和高能量势垒，从而阻碍了ZABs能量效率的提高。目前商用的ORR和OER催化剂主要是Pt-，Ir-或者Ru-基贵金属催化剂，但它们功能单一、稳定性差、成本高等特点限制了其大规模应用。因此迫切需要开发廉价且高效的双功能催化剂。

吉林大学管景奇团队利用超快打印方法合成了三原子钴催化剂（Co₃-NG）。利用该技术构建的Co₃-NG催化剂表现出优异的双功能ORR/OER活性，将其作为空气阴极组装的ZAB表现出优异的催化性能和稳定性，发现了三角锥形的活性位点有效调节了Co原子的d带中心位置和电子构型，揭示了Co₃ON₆活性位点的电子结构和几何构型对催化性能的协同调控机制。

通过静电作用将预先合成的三原子钴簇前驱体吸附在石墨烯载体上，再利用焦耳热高温冲击波技术将前驱体嵌入石墨烯纳米片，该策略可有效抑制原子迁移。AC-HAADF-STEM和XAS表征结果证实了钴三原子位点的存在，并确定了Co₃-NG中钴的配位构型为Co₃ON₆。该策略为可控合成多原子催化剂提供了指导。

Co₃-NG在ORR和OER中表现出优异的双功能催化活性。ORR半波电位为0.903 V，优于商用Pt/C，OER在10 mA cm⁻²的电流密度下的过电位为366 mV，优于商业RuO₂。将Co₃-NG作为空气阴极催化剂组装的ZAB表现出优异的催化性能和稳定性。

结果表明Co₃ON₆是双功能ORR/OER电催化的催化位点。构建的三角锥形活性位点有效调节了Co原子的d带中心位置和电子构型，促进了氧中间体的吸附/解吸，降低了ORR/OER的反应能垒，加快了反应动力学进程。该项工作揭示了三原子活性中心的几何和电子结构在提高电化学能量应用的双功能ORR/OER性能方面起着关键作用。

A Triatomic Cobalt Catalyst for Oxygen Electrocatalysis

Tianmi Tang, Xiaoqin Xu, Xue Bai, Changmin Hou, Tao Gan, Zhenlu Wang, Jingqi Guan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202503019