可充放电锌空气电池具有价格低廉、安全性能好和能量密度高等优势，在便携式交通工具和能量储存器件应用方面均具有较大的潜力。电池在充放电过程中，阴极将发生氧析出反应(OER)和氧还原反应(ORR)。ORR和OER动力学过程非常缓慢，需要使用高效的双功能氧催化剂来加速其反应速率。碳基非贵金属单原子催化剂是一类理想的ORR催化剂，但其OER性能有限；非贵金属纳米催化剂是一类高效的OER催化剂，但其ORR活性较差。单一组分催化剂不能满足可充放电锌空电池的要求，开发新型高效双功能催化剂应用于可充放电锌空电池备受科研工作者的关注。

昆明理工大学化学工程学院磷化工团队李金成教授联合中科院金属所刘畅研究员和香港科技大学邵敏华教授等人提出了双相碳催化剂的概念，将单原子催化剂和纳米催化剂的优势结合起来，合成了CNT@SAC-Co/NCP双功能氧催化剂。其中，CNT@SAC单原子相在放电过程中催化ORR，Co/NCP纳米颗粒相在充电过程中加速OER，它们通过高导电性CNT相连，这种“既独立又关联”的结构可以有效降低ORR单原子位点配位结构在强氧化环境（OER过程）中破坏而导致性能的急剧衰减。基于此, 以CNT@SAC-Co/NCP为双功能氧催化剂，组装的可充放电锌空电池表现出优异的输出性能（功率达到172 mW cm-2；充放电电压差为0.51 V@5 mA cm-2）和恒流充放电循环稳定性能。

相关成果近日以“Dual-Phasic Carbon with Co Single Atoms and Nanoparticles as a Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Batteries”为题发表在材料科学领域国际顶级学术期刊Advanced Functional Materials上，昆明理工大学为论文第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202103360

（供稿：化学工程学院）