近日，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉和余愛(ài)萍等設(shè)計(jì)并制造了具有出色雙功能活性可充電ZAB的三維有序介孔Mg_xCo_3-xO₄(3DOM Mg_xCo_3-xO₄)。

3DOM Mg_xCo_3-xO₄催化劑通過(guò)一種簡(jiǎn)單的硬模板方法合成，其中聚苯乙烯球最初作為Co和Mg前體的主體，并通過(guò)熱解去除。3DOM Mg_xCo_3-xO₄的分級(jí)有序多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致表面積大、Co和Mg元素分布均勻以及導(dǎo)電率高。

對(duì)3DOM Mg_xCo_3-xO₄的綜合物理化學(xué)表征和密度泛函理論(DFT)研究揭示了其在ZAB中作為陰極材料的優(yōu)異活性背后的真正機(jī)制：首先，在四面體位點(diǎn)用Mg²⁺取代Co²⁺會(huì)產(chǎn)生更多的Co³⁺占據(jù)八面體位點(diǎn)，從而促進(jìn)氧催化，除了與Co-O和Mg-O相關(guān)的主要活性位點(diǎn)外，還形成大量的Mg-O-Co反應(yīng)位點(diǎn)；其次，3DOM結(jié)構(gòu)中相互連接的大孔和中孔縮短了離子和電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，提高了ORR/OER反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和充電/放電速率，同時(shí)降低了電壓極化。

此外，3DOM Mg_xCo_3-xO₄的大表面積增加了電極和電解質(zhì)之間的界面面積，從而增加了界面處的電荷/質(zhì)量傳遞；Mg²⁺和Co₃O₄的協(xié)同作用優(yōu)化了Mg_xCo_3-xO₄上的氧化還原反應(yīng)中間體的自由能，大大降低了ORR和OER過(guò)電位。

總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作合成了一種有效的ZABs高活性和耐用的雙功能氧電催化劑，更重要的是，該工作也闡釋了金屬摻雜氧化鈷基催化劑上的ORR/OER反應(yīng)機(jī)理。

Three-Dimensionally Ordered Mesoporous Co₃O₄ Decorated with Mg as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for High-Performance Zinc-Air Batteries. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107425