金屬-氧鍵對金屬氧化物基催化劑的氧反應(yīng)動力學有明顯影響，但仍面臨著認知有限和調(diào)節(jié)不足的瓶頸。

在此，同濟大學潘爭輝團隊&華南理工大學丘勇才團隊開發(fā)了一種獨特的策略，即通過離子交換實現(xiàn)的無定形/結(jié)晶異質(zhì)結(jié)來精確地定制金屬氧鍵結(jié)構(gòu)。

研究表明，與原始的無定形CoSnO3-y相比，鐵離子交換誘導(dǎo)的無定形/結(jié)晶結(jié)構(gòu)加強了Sn-O鍵，削弱了Co-O鍵的強度，并引入了額外的Fe-O鍵，同時伴隨著豐富的鈷缺陷和具有更大孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的最佳氧缺陷。金屬-氧鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化由晶體結(jié)構(gòu)的引入主導(dǎo)，并由Fe-O鍵和豐富的Co缺陷的引入進一步推動。

圖1. 催化劑表面界面的電子結(jié)構(gòu)的特征

值得注意的是，摻鐵的無定形/晶體催化劑（Co1-xSnO3-y-Fe0.021-A/C）表現(xiàn)出優(yōu)異的氧進化反應(yīng)和氧還原反應(yīng)活性，在10 mA cm^-1時，OER和ORR的過電位分別降低了84 mV（半波電位）和63 mV。此外，用Co1-xSnO3-y-Fe0.021-A/C組裝的鋅-空氣電池具有良好的輸出功率密度、循環(huán)性能和靈活性。

總之，該工作為調(diào)節(jié)金屬氧鍵結(jié)構(gòu)提供了新的靈感，并加深了對金屬氧鍵結(jié)構(gòu)和催化活性之間關(guān)系的理解，從而合理地設(shè)計高效的電催化劑。

圖2. 鋅-空氣電池的性能

Tailoring Metal–Oxygen Bonds Boosts Oxygen Reaction Kinetics for High-Performance Zinc–Air Batteries, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00053