锌空气电池作为一种具有高理论能量密度的绿色能源技术，其阴极反应依赖于氧还原反应（ORR）。与此同时，基于ORR的氧去极化阴极也被应用于氯碱电解，可在工业条件下降低高达30%的能耗。然而，ORR由于涉及复杂的多步质子耦合电子转移（PCET）过程，动力学缓慢，亟需高效电催化剂。尽管铂族金属催化剂是目前ORR催化的最优选择，但其高昂的成本和稀缺性限制了广泛应用。因此，开发高性能的非贵金属催化剂成为研究重点。其中，氮配位过渡金属单原子催化剂凭借优异的导电性、选择性和原子利用率受到广泛关注。

单原子Fe位点催化剂因其高活性被视为贵金属的理想替代材料，但其对氧中间体（O₂、OOH、O、OH）的吸附模式固定，且受PCET过程的线性关系限制，催化性能提升有限。相比之下，双单原子催化剂（DSACs）兼具单原子催化剂的优势，同时展现出更高的活性和稳定性。目前，金属有机框架（MOF）合成法是制备DSACs的有效途径，但该方法成本较高，且难以大规模生产。此外，模板法合成DSACs通常耗时较长。研究表明，刚性配体1,10-菲啰啉可有效抑制金属原子在高温处理过程中的团聚，而高温热冲击技术可在极短时间内提供高温环境，促进金属原子在碳载体上的均匀分散。这些方法为高效催化剂的快速制备提供了新思路。

本研究采用刚性配体限域结合高温冲击策略，在0.5秒内成功将Fe/Ni双单原子位点锚定于商业炭黑上（Fe/Ni-N/CB）。理论计算表明，单原子Fe是真正的活性位点，而Fe/Ni-N/CB中的单原子Fe与Ni通过协同作用降低速率决定步骤的能垒，显著提升ORR动力学性能。该催化剂在0.1 M KOH电解液中表现出0.907 V的高半波电位。基于Fe/Ni-N/CB阴极组装的液态锌空气电池在超过650小时的循环中保持优异的充放电稳定性，且电压间隙无衰减；准固态锌空气电池在0.5 mA cm⁻²下连续运行150小时后仍保持高可逆性，能量转换效率几乎无衰退。更值得注意的是，Fe/Ni-N/CB||RuO₂氯碱流动电解池在300 mA cm⁻²的大电流密度下仅需1.60 V的低槽电压，并在100 mA cm⁻²下稳定运行150小时后电流密度仅衰减7%。此外，在300 mA cm⁻²的大电流密度下具有高达97%的法拉第效率。本研究不仅提供了一种快速、经济的原子级催化剂合成方法，还实现了其在节能型氯碱电解槽中的应用。

王磊，青岛科技大学二级教授，博士生导师，现任省部共建生态化工国家重点实验室培育基地主任、青岛市电池安全与储能技术创新中心和青岛市工业固废高值化再利用创新中心负责人。长期从事绿色能源相关领域研究，近年来关注于硅碳负极开发、催化剂的宏量制备、无机微波固相合成、海水资源化利用；已在Nat. Commun., Energy & Environ. Sci., Angew. Chem Int. Ed., Adv. Mater., 中国科学等国内外重要学术期刊上发表SCI论文200余篇，他引25000余次，H因子78，31篇论文入选ESI高被引。作为主编出版学术专著两部。担任Chinese J. Catal., Nano Research、EcoEnergy等期刊编委，2024年入选Scholar GPS“前0.05%顶尖科学家”榜单和爱斯唯尔中国高被引学者榜单。先后获中国可再生能源学会科学技术人物奖、中国石油和化学工业联合会科技进步奖、中国颗粒学会自然科学奖、山东省自然科学奖等多项奖励。授权发明专利六十余项，多项成果实现了工业化应用。

Wang C, Li M, Li P, et al. Rigid ligand confined rapid synthesis of dual single-atomic sites on carbon black for enhanced oxygen depolarized cathodes. Nano Research 2025, 

https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907794.