近日，化材學院胡勇教授、顏磊講師在國際頂尖期刊《Advanced Energy Materials》（中科院1區Top，IF=24.4）在線發表題為《自重構Co/Co2P異質結構提高堿性Zn-Co/air雜化電池的效率和耐久性》（Enhancing Efficiency and Durability of Alkaline Zn-Co/Air Hybrid Batteries with Self-Reconstructed Co/Co2P Heterojunctions）的研究論文。該工作成功合成了一種類似小麥狀的Co/Co2P@PNCF材料，并首次將其作為可充電Zn-Co/air雜化電池的高效自支撐陰極，實現了雜化電池優異的性能輸出。論文通訊作者為化材學院胡勇教授，共同通訊作者化材學院顏磊講師。
鋅空雜化電池將鋅空氣電池與堿性鋅金屬電池整合在一起，通過協同效應提高電池的能量密度和效率。鋅空雜化電池的陰極需要金屬離子在發生氧化還原反應的同時提供ORR/OER活性位點，從而促使多種電化學反應同時發生。眾所周知，作為高活性OER催化劑的TMPs在堿性電解質中不可避免地會發生緩慢而不完全的表面自重構。鑒于此，針對Zn-Co/air雜化電池體系，研發能夠原位重構生成高度可逆Co基（氧）氫氧化物活性物種的電催化劑顯得尤為重要，這不僅能夠增強催化效能，還為實現電池性能的優化開辟了新路徑。然而，電催化過程中結構的演變和動態活性態的形成還需要進一步的研究，深入探索電池實際工作條件下電催化劑的演變對于開發高性能多功能電催化劑至關重要，但目前這方面的研究仍顯不足。另外，在氧化還原反應中，電極表面必須被電解質充分潤濕，而對于ORR/OER過程而言，建立氣/固/液三相界面尤為重要。因此，探索先進的結構以同步實現陰極界面中活性位點的大量暴露和反應物的快速傳輸，是滿足高效混合儲能系統要求的關鍵所在。
本工作制備了一種類似小麥狀的陰極材料（Co/Co2P@PNCF），該材料由P/N共摻雜碳納米纖維的“中心莖”和密集排列的Co/Co2P異質結構的“谷粒”組成。這種仿生納米結構不僅提供了大量暴露的活性位點，最大限度地提高了可及性，而且為電子轉移和O2/OH-擴散建立了高導電網絡。此外，Co/Co2P異質結構在第一個循環過程中自重構產生高價鈷活性物種，形成了高效的Co2+? Co4+氧化還原對，以提供額外的充放電電壓平臺。原位拉曼和非原位X射線衍射光譜證明了Co3+/4+Ox(OH)y? KxCo2+/3+Oy的可逆過程，提高了電池的效率和耐用性。基于Co/Co2P@PNCF的Zn-Co/air雜化電池具有出色的功率密度（321 mW cm-2）、超長的循環穩定性（700 h）和較高的能量效率（20 mA cm-2時為62%）。這項工作為開發高效穩定的多功能電催化劑以及設計高性能的新能源體系提供了新的思路與途徑。
（化材學院 顏磊）
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