钴团簇-单原子共嵌氧电催化剂

锌-空气电池功率近一倍

钴低核团簇与单原子位点的协同电子效应，同时优化了氧还原与氧析出活性

李智君 · Liu, Hongxue · 王浩 · Ji, Siqi · Yuqi, Zhang · Horton, J. Hugh · 王玉 · 马新志

ACS Nano 2024

具体参数

半波电位

{'zh': '0.91', 'en': '0.91'} V

过电位

{'zh': '340', 'en': '340'} mV

锌-空气电池功率密度

{'zh': '284.1', 'en': '284.1'} mW cm⁻²

锌-空气电池循环寿命

{'zh': '400', 'en': '400'} h

技术优势

功率密度翻倍

锌-空气电池峰值功率密度达到 284.1 mW cm⁻²，远高于 Pt/C + RuO₂ 基准（约 150 mW cm⁻²），源于团簇与单原子协同优化了含氧中间体的吸脱附。

400小时长寿命

在液态碱性电解液中连续充放电循环 400 小时，电压效率无明显衰减，得益于对 *OH 过强吸附的抑制和快速脱除。

ORR/OER 双高效

半波电位 0.91 V，10 mA cm⁻² 下过电位仅 340 mV，在同一种催化剂上同时实现高ORR和OER活性，归因于不对称电子结构对反应路径的协同优化。

应用场景

• 锌-空气电池：取代 Pt/C+RuO₂，大幅提升功率密度与循环寿命。
• 可充电金属-空气电池：提供一体化氧电催化剂，简化电池结构并延长工作时间。
• 双功能氧电催化：团簇-单原子协同打破 ORR/OER 活性制衡。
• 碱性电解水：作为阳极析氧催化剂，降低过电位以提高制氢效率。