近日，我校化学化工学院刘兆清教授团队最新关于尖晶石氧催化的研究工作发表于国际化学顶级期刊《德国应用化学》。该研究提出了尖晶石型氧化物(ZnXNi1−XCo2O4)中的氧化还原惰性Zn2+的二次活化机制，以协同优化物理孔隙结构，辅助催化剂表面高活性位点的原位构筑。
在OER工作电压下，通过球差矫正电镜以及DFT计算可以证明催化剂表面Zn2+空位的存在，而新形成的VZn-O-Co特殊配位形式使得活性中心Co与氧活性物种之间具有更合适的结合力，从而获得更好的ORR性能。这一发现可以从理论上解释实验观察到的OER测试后ZnXNi1-XCo2O4氧化物的ORR活性增强现象。
图1. a) 液流式锌空电池的概念图，b) 高分辨TEM图，c) 差分电荷密度 d) 反应自由能计算
根据阳离子偏析的特点，研究提出了液流式锌空气电池系统，该系统具有较高的功率密度(109.1 mW cm−2)、高开路电位(1.48 V)、良好的耐久性和高速率性能。流动电解质的设计有助于减轻锌电极和空气电极组件的问题。对于锌电极，循环电解质通过改善电流分布和降低浓度梯度，避免了枝晶形成、形状改变和钝化的问题。对于空气电极，富集的气体和沉淀的碳酸盐以及其他多余的固体可被流动的电解液冲洗掉，并通过外部过滤器除去。在本文中，流动系统有助于Zn2+的去除和副产物的及时脱去，保证了电解液中阳离子浓度的稳定性和催化剂表面的新鲜度。本文提出了一种基于锌空位的新型催化剂活化策略，适用于开发双功能含锌尖晶石电催化剂。论文第一作者为硕士研究生王孝通，刘兆清教授为该论文的唯一通讯作者，广州大学为论文唯一通讯单位。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202000690
（供稿：科研处 编辑：吴谦）
