近日，东北大学秦皇岛分校材料科学与工程专业2023级博士研究生李桃桃在伊廷锋教授的指导下，以第一作者身份在材料科学领域国际学术期刊Materials Science and Engineering: R: Reports 上发表论文“Fundamental Understanding of Reaction Mechanism and Modulation Strategy in Carbon-Based Bifunctional Oxygen Electrocatalysts Towards High-Performance Zinc-Air Batteries”（碳基双功能氧电催化剂反应机理与调控策略的深入理解及其在高性能锌空气电池中的应用）。秦皇岛分校伊廷锋教授、厦门大学张桥保教授和奥克兰大学王子运教授为论文通讯作者，东北大学为第一完成单位。
锌-空气电池（ZABs）因具有高理论能量密度、高安全性和环境友好等优势，被认为是新一代储能技术的重要发展方向。然而，其空气阴极氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）动力学缓慢，导致能量效率低、循环稳定性不足，严重制约了实际应用。开发兼具高ORR和OER催化活性的双功能氧电催化剂，是推动锌-空气电池发展的关键。
碳基材料因资源丰富、导电性优异、孔结构可调以及表面化学性质多样等优势，已成为高性能氧电催化剂的重要研究方向。近年来，通过杂原子掺杂、缺陷工程、界面调控及活性位点设计等策略，碳基催化剂在氧电催化领域取得了显著进展。然而，不同结构特征如何协同调控催化性能、活性位点在反应过程中的动态演化规律以及构效关系等关键科学问题仍有待进一步厘清。该成果围绕碳基氧电催化剂的发展现状与前沿进展，系统总结了碳基催化剂在快速合成策略、原位表征技术、构效关系及理论计算等方面的最新研究成果，并结合不同类型碳基材料的发展现状，全面梳理了其在锌-空气电池中的应用进展。同时，对碳基氧电催化剂未来面临的挑战与发展方向进行了展望，以期为高性能氧电催化剂的理性设计及高性能锌-空气电池的发展提供参考。该成果得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及中国国际大学生创新大赛重点项目的联合资助。
碳基催化剂用于锌-空气电池的设计原则、关键结构及目标性能
