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近日，化材學(xué)院胡勇教授、顏磊講師在國(guó)際頂尖期刊《Advanced Energy Materials》（中科院1區(qū)Top，IF=24.4）在線(xiàn)發(fā)表題為《自重構(gòu)Co/Co₂P異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(lèi)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(shí)現(xiàn)了雜化電池優(yōu)異的性能輸出。論文通訊作者為化材學(xué)院胡勇教授，共同通訊作者化材學(xué)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(guò)協(xié)同效應(yīng)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(fā)生氧化還原反應(yīng)的同時(shí)提供ORR/OER活性位點(diǎn)，從而促使多種電化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生。眾所周知，作為高活性O(shè)ER催化劑的TMPs在堿性電解質(zhì)中不可避免地會(huì)發(fā)生緩慢而不完全的表面自重構(gòu)。鑒于此，針對(duì)Zn-Co/air雜化電池體系，研發(fā)能夠原位重構(gòu)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(qiáng)催化效能，還為實(shí)現(xiàn)電池性能的優(yōu)化開(kāi)辟了新路徑。然而，電催化過(guò)程中結(jié)構(gòu)的演變和動(dòng)態(tài)活性態(tài)的形成還需要進(jìn)一步的研究，深入探索電池實(shí)際工作條件下電催化劑的演變對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能多功能電催化劑至關(guān)重要，但目前這方面的研究仍顯不足。另外，在氧化還原反應(yīng)中，電極表面必須被電解質(zhì)充分潤(rùn)濕，而對(duì)于ORR/OER過(guò)程而言，建立氣/固/液三相界面尤為重要。因此，探索先進(jìn)的結(jié)構(gòu)以同步實(shí)現(xiàn)陰極界面中活性位點(diǎn)的大量暴露和反應(yīng)物的快速傳輸，是滿(mǎn)足高效混合儲(chǔ)能系統(tǒng)要求的關(guān)鍵所在。

本工作制備了一種類(lèi)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(zhì)結(jié)構(gòu)的“谷?！苯M成。這種仿生納米結(jié)構(gòu)不僅提供了大量暴露的活性位點(diǎn)，最大限度地提高了可及性，而且為電子轉(zhuǎn)移和O₂/OH^-擴(kuò)散建立了高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。此外，Co/Co₂P異質(zhì)結(jié)構(gòu)在第一個(gè)循環(huán)過(guò)程中自重構(gòu)產(chǎn)生高價(jià)鈷活性物種，形成了高效的Co²⁺? Co⁴⁺氧化還原對(duì)，以提供額外的充放電電壓平臺(tái)。原位拉曼和非原位X射線(xiàn)衍射光譜證明了Co^3+/4+O_x(OH)_y? K_xCo^2+/3+O_y的可逆過(guò)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(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性（700 h）和較高的能量效率（20 mA cm^-2時(shí)為62%）。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的多功能電催化劑以及設(shè)計(jì)高性能的新能源體系提供了新的思路與途徑。

（化材學(xué)院 顏磊）