用于锌空气电池中高效双功能氧电催化的空芯肖特基异质结构

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Hollow Schottky Heterostructures for Highly Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis in Zinc-Air Batteries

锌空气电池双功能催化剂研究：采用苯乙烯微球辅助策略构建空心FeCo/CoFe2O4异质结构，显著提升氧还原（ORR）和氧化（OER）活性，电压差660 mV优于Pt/C+RuO2基准，功率密度达310 mW cm-2，循环稳定性超500小时，密度泛函理论揭示电子结构调控加速氧传递机制。

　　

可充电锌空气电池（RZABs）凭借其高理论能量密度和环保运行等优点，已成为未来可持续能源存储系统的有力候选者。然而，在实现同时驱动氧还原和氧析出反应的双功能电催化剂的高效率和长期稳定性方面仍存在重大挑战。在这项研究中，我们报道了一种合理设计的空心FeCo/CoFe₂O₄异质结构（H–FeCo/FeCoO），作为高性能的双功能电催化剂用于RZABs。该结构通过聚苯乙烯球辅助策略构建了相互连接的空心架构和明确的肖特基界面。所得到的H–FeCo/FeCoO双功能催化剂在氧还原（ORR）和氧析出（OER）反应中表现出优异的活性，其电压间隙（ΔE）仅为660 mV，优于传统的Pt/C + RuO₂催化剂。组装好的RZAB电池具有310 mW cm^–2的显著功率密度，并且运行稳定性超过500小时。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们阐明了ORR/OER过程中的关键步骤以及H–FeCo/FeCoO中的价电子分布，揭示了其催化活性提升和氧气释放加速的机制。当前的工作为开发具有改进的质量传输性能和电化学活性/耐用性的先进双功能催化剂提供了有力的设计策略，这些催化剂有望应用于下一代能源存储设备。