可充電鋅空氣電池（ZABs）因其能量密度高（1084 Wh kg-1）、成本低、環(huán)境和諧和安全性優(yōu)越而被普遍認(rèn)為是下一代能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之一。目前，雖然通過令人印象深刻的材料設(shè)計(jì)（如摻雜、界面工程、晶體缺陷調(diào)控）開發(fā)雙功能電催化劑以促進(jìn)空氣陰極中遲緩的氧還原和氧析出反應(yīng)（ORR/OER）仍是研究重點(diǎn)，但其性能的提高已逐漸接近瓶頸階段。鑒于此，本篇文章通過聚合物輔助策略制備了一種外場(chǎng)響應(yīng)型光熱電催化劑，該催化劑含有與N-KB均勻穩(wěn)定復(fù)合的三元 Ni0.5Mn0.5Fe2O4 納米粒子（NPs）（記為 Ni0.5Mn0.5Fe2O4 /N-KB），可顯著提高實(shí)用 ZAB 的綜合性能。在外部光的輔助下，該催化劑的電催化性能得到了顯著提升。這項(xiàng)研究為利用外場(chǎng)響應(yīng)型電催化劑實(shí)現(xiàn)先進(jìn)可再生能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備的動(dòng)力學(xué)促進(jìn)作用展示了創(chuàng)新的前景。

圖一 Ni0.5Mn0.5Fe2O4/N-KB納米粒子的合成以及光熱輔助ZAB 示意圖

這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了外場(chǎng)響應(yīng)式三元電催化劑的實(shí)現(xiàn)和機(jī)理。具體而言，通過聚合物輔助方法制備了穩(wěn)定的 Ni0.5Mn0.5Fe2O4/N-KB (圖一)，表現(xiàn)出令人信服的光熱效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)工作電極的瞬間和局部加熱，從而避免了以往無(wú)法避免的不良副反應(yīng)和能量浪費(fèi)。通過光熱效應(yīng)，電催化活性得到提高，ΔE 僅有0.618 V。令人鼓舞的是，Ni0.5Mn0.5Fe2O4/N-KB 的可充電液相 ZABs的峰值功率密度高達(dá) 319 mW cm-2，并能在10-100 mA cm-2電流密度下可穩(wěn)定循環(huán)。此外，光熱促進(jìn)的柔性 ZAB在不同的工作條件下(尤其是變形和低溫條件下)都能提供全面的優(yōu)異性能。DFT 和原位拉曼研究進(jìn)一步揭示了潛在機(jī)理?？傊?，這項(xiàng)研究中外場(chǎng)促進(jìn)電催化的深刻見解為設(shè)計(jì)和利用各種領(lǐng)域的高性能催化劑開辟了一條誘人的途徑。

該成果以“External Field-Responsive Ternary Non-Noble Metal Oxygen Electrocatalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries”為題發(fā)表在Advanced Materials期刊（IF=29.4，SCI一區(qū)）上。溫州大學(xué)為第一通訊單位，化材學(xué)院研究生顧凡、郭文改為共同第一作者，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士、我校潘霜副教授、陳亦皇教授和王舜教授為共同通訊作者。該工作受到中國(guó)自然科學(xué)基金（No. 52331009、62104170和22109120）、浙江省自然科學(xué)基金（LY23F040001和LQ21B030002）的資助。

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https://doi.org/10.1002/adma.202313096