理性设计、开发同时具有电催化氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)活性的双功能催化剂对实现高效的可充电金属-空气电池具有重大意义。近日，新加坡南洋理工大学楼雄文课题组与河南师范大学高书燕课题组合作，以双金属MOF材料作为前驱体，通过简单易行的水热-煅烧的合成路径，制备了具有丰富MnO/Co异质结的多孔石墨碳材料。其中原位生长的Co纳米晶不仅可产生具有高导电性的异质界面用以克服较差的OER活性，而且还促进了石墨碳的形成。这种材料同时具有较高的OER和ORR催化活性。用这种材料作为阴极制成的可充电锌-空气电池的最高功率密度(peak power density)和比容量(specific capacity)可分别高达172 mW cm-2和872 mAh g-1，且能稳定运行至少350次循环，优于商业混合Pt/C||RuO2催化剂。这项工作突出强调了氧电催化中异质界面的协同作用，为金属-空气阴极材料的设计提供了指导。
02缺陷工程用于制备高效电催化剂
结构和缺陷调控被广泛应用于调节催化剂的活性和稳定性。近日，北京大学郭少军课题组在独立分层的多孔碳微结构上，通过调节纳米级的kirkendall效应展示了中空氧化钴（Co3O4）纳米颗粒中氧空位的调节。研究人员提出，从钴纳米粒子开始，氧空位缺陷的浓度可以随着kirkendall氧化程度而变化，从而调节活性位点的数量和最终的催化性能。正如预期的那样，优化后的催化剂在0.1 M KOH溶液中表现出了迄今为止报道的最小的可逆氧过电位(0.74 V)。此外，该催化剂显示出替代贵金属用于便携式锌-空气电池中的前景。这项工作提供了一种新的策略用于发展具有可控缺陷的纳米催化剂。
将生物质简单地设计成可取代Pt基催化剂的、具有高活性和耐久性的杂原子掺杂多孔碳材料（HPC）电催化剂虽然具有重大意义，但仍然面临诸多挑战性。近日，中南大学刘又年课题组提出碱驱动组装策略可用于提高源自富含蛋白质生物质的HPC的氧还原(ORR)催化性能。例如，蛋清可以在碱存在下自组装成具有3D网络的水凝胶。所形成的水凝胶可以作为自杂原子(N、S)掺杂和自活化的前驱体用于制造HPC。由此获得的催化剂性能优异，在ORR中起始电位(Eonset)和半波电位(E1/2)分别为1.03和0.88 V (vs RHE)。这项工作提供了一种简便有效的合成策略，利用低成本、丰富和可持续的生物质来制备HPC用于能源存储和转换。
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