2022年9月26日，深圳大学高等研究院蔡兴科研究员课题组在期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（影响因子：24.319，中科院一区TOP）上发表了一篇题为“ Improved oxygen evolution reaction performance in Co0.4Mn0.6O2 nanosheets through Triple-doping (Cu, P, N) strategy and its application to Zn-air battery”的研究论文。该成果第一作者是深圳大学高等研究院2020级硕士生李莹，合作者包括清华大学Shamraiz Hussain Talib博士等，希腊塞萨利大学Panagiotis Tsiakaras教授（共同通讯作者），蔡兴科研究员是该论文通讯作者，深圳大学为第一完成单位。

图1.N/P-Cu0.1Co0.3Mn0.6O2/CNTs复合材料用于氧反应和锌空气电池示意图。

目前，人类正面临着严重的能源危机和环境污染问题，主要是由于化石燃料的不合理使用。利用可再生能源，如太阳能、风能、水电和生物质能等，可以帮助克服这些挑战。先进的能源存储系统对于储存可再生能源以供可持续使用至关重要。在储能系统中，锌空气电池（ZAB）在高能量密度、低生产成本、固有安全性、可扩展性等各方面都表现出综合优势。然而，其阴极中缓慢的析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）动力学，使其不能再充电。因此，高效低成本的双功能催化剂的研发迫在眉睫。研究报道，过渡金属基材料因其具有丰富的氧化态表现出较大的氧反应催化潜力，应但仍需要大量的努力去提高这些材料的固有活性。杂原子的掺杂对催化剂的固有活性有显著的调控作用。然而，这种策略鲜少被用于调节双金属氧化物的性能。

本研究成功地将双金属过渡氧化物（Co0.4Mn0.6O2）合成为二维纳米片，并借助混合掺杂和后掺杂策略Co0.4Mn0.6O2纳米片中合理掺杂杂原子Cu、N和P，活化Co/Mn催化位点。通过将Cu、N、P掺杂到Co0.4Mn0.6O2/CNTs中形成复合材料N/P-Cu0.1Co0.3Mn0.6O2/CNTs，OER过电位为292 mV。将该催化剂作为OER和ORR的双功能催化剂应用于锌-空气电池表现出更大的开路电压、功率密度和长时间的循环稳定性。DFT模拟结果表明，OER活性的增加是由于Co原子的电荷转移。这项工作使用的策略，即将双金属过渡金属氧化物制成单层纳米片，并引入大量杂原子，为开发低成本但高性能的锌空气电池催化剂提供指导。

此项研究得到了国家自然基金委和深圳市科创委的资助。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122023