近日，河南农业大学理学院刘艳艳科研团队在林木生物质基催化活性炭设计及其氧转换性能提升研究方面取得重要进展。
锌空电池作为绿色能源转换技术，具有广泛应用前景。然而其空气电极端缓慢的氧还原/析氧反应（ORR/OER）动力学过程，制约了锌空电池功率密度和能源转换效率的提升。开发兼具ORR和OER活性的双功能催化剂，是优化锌空电池综合性能的关键。该研究通过Fe、N原子掺杂策略成功制备了NiCo1.8Fe0.2O4改性杉木衍生炭催化剂（NiCo1.8Fe0.2O4@NCF）。样品表现出有序分级孔道结构，纳米片均匀生长和分布在生物质炭上。研究发现，Fe掺杂促使Co位点与水分子配位和解离过程，而富电子Ni位点则有助于氧空位的形成，再配合生物质炭中N掺杂活性位点，三者协同优化了炭材料的氧转换催化活性。NiCo1.8Fe0.2O4@NCF催化剂用于液态锌空电池表现出比商业Pt/C+RuO2催化剂组装电池更高的开路电压（1.51 V），峰值功率密度（180 mW cm-2）和比容量（802 mA h gZn-1）；2000个循环后充放电曲线没有明显变化，表明其优异耐久性；准固态锌空电池表现出较高开路电压（1.46 V）、峰值功率密度（80 mW cm-2）、比容量（759 mA h gZn-1），以及较好的循环稳定性，证明了林木生物质催化活性炭材料在能源存储与转换领域的应用潜力。
该研究成果以题为“Fe, N-Inducing Interfacial Electron Redistribution in NiCo Spinel on Biomass-Derived Carbon for Bi-functional Oxaygen Conversion”的论文形式在线发表在国际权威期刊《Angewandte Chemie-International Edition》（《德国应用化学》）上。论文第一作者为理学院刘艳艳老师，第一单位为河南农业大学，通讯作者为中国林业科学研究院林产化学工业研究所蒋剑春院士和扬州大学庞欢教授。该研究得到了中原英才计划青年拔尖人才（No. 30602674）、江苏省生物质能源和材料重点实验室基金（No. JSBEM-S-202101）、河南农业大学拔尖人才启动基金（No. 30501034）和国家自然科学基金（No. 31901272, No. 22279118）的资助。
全文链接地址：https://doi.org/10.1002/ange.202319983