综述：过渡金属合金基催化剂在锌空气电池中的应用研究综述

本综述系统探讨了过渡金属合金基催化剂在锌空气电池(ZABs)中的最新研究进展。针对氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)动力学缓慢的瓶颈问题，重点分析了合金催化剂通过异质原子掺杂、界面工程、单原子/合金结构等改性策略提升催化性能的机制，为开发低成本、高性能非贵金属催化剂提供了理论指导与实践路径。

　　

锌空气电池(ZABs)凭借1086 Wh kg^?1的超高理论能量密度和环保特性，成为能源存储领域的新宠。然而贵金属催化剂(Pt/IrO₂)的高成本严重制约其商业化进程。过渡金属合金催化剂通过独特的电子结构可调性，正在改写这一格局。

理论基石与挑战

ZABs依靠锌阳极氧化和空气中氧还原的协同作用实现能量转换。其核心瓶颈在于空气阴极上ORR/OER的过电位过高。传统贵金属催化剂虽活性优异，但存在成本高、稳定性差等固有缺陷。铁基材料在ORR中表现突出，而镍/钴基材料更擅长OER，通过合金化可协同优化d轨道电子分布，实现对O₂中间体的最佳吸附能调控。

合金催化剂设计策略

脉冲激光沉积(PLD)技术可精确控制银铜纳米合金(AgCu-MG)的组分，在镍泡沫基底上形成催化活性薄膜。三元合金体系如FeCoNi-NC通过氮掺杂碳纳米管/纳米片封装结构，展现出优于单金属的电子传导性和稳定性。理论计算证实，钴镍合金化可使CoNi-NC的费米能级向高能方向移动，而铁元素的引入进一步优化了氧中间体的吸附自由能。

性能强化之道

异质原子掺杂是提升活性的关键手段。氮原子掺入碳载体可形成吡啶氮(pyridinic-N)活性位点，与合金纳米颗粒产生协同效应。结构工程方面，核壳结构能保护活性中心，而空心结构可增加比表面积。单原子合金(SAA)催化剂通过最大化原子利用率，在原子尺度实现活性位点的精准调控。

未来突破方向

尽管合金催化剂已取得显著进展，实际ZABs工况下的构效关系仍需深入探究。大规模制备工艺开发、催化剂降解机制解析将成为下一阶段重点。计算材料学将加速新型催化剂设计，而原位表征技术的进步有望揭示真实反应界面的动态演变过程。这些突破将推动非贵金属催化剂最终走向商业化应用。