新纪录！Co4N@CoON/PCGN助力可充电锌-空气电池

开发具有商业可用的电催化剂是可充电锌-空气电池的研究热点，但在实际应用中，如何满足能效和耐用性的要求还是一个挑战，需要解决氧反应动力学缓慢和电池寿命有限的缺点。基于此，滑铁卢大学陈忠伟院士和河南师范大学白正宇教授等人报道了一种工程催化位点协同整合和分层孔隙结构的杂交策略，实现了锌-空气电池长循环寿命的高效双功能电催化剂。由氮化钴纳米颗粒和薄的氮化钴覆盖层（Co4N@CoON）组成，并沉积在多孔碳气凝胶（PCGN）上，具有“葡萄干-面包”状Co4N@CoON/PCGN在半电池和可充电锌-空气电池系统中表现出显著的ORR（放电）和OER（充电）双功能活性，显示出长期稳定性。在锌-空气电池中集成后，电压间隙为0.65 V，循环寿命超过1350 h，创下了已报道的可充电锌-空气电池的新纪录。

VASP解读

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了合成催化剂对OER/ORR的各自活性位点。作者选择了最稳定的表面Co4N(111)的异质结构作为OER活性位点，其被CoO(100)、CoO(111)、两个CoO(100)和两个CoO(111)层所覆盖。所有模式的速率决定步骤（RDS）确定为∆G3（O∗ → OOH∗），OER活度的趋势由最活跃到最不活跃表示，其顺序如下：CoO(111)//Co4N＞2CoO(111)//Co4N＞2CoO(100)//Co4N＞CoO(100)//Co4N＞Co4N。

对于ORR，通过调整掺杂N和C缺陷的数量来筛选不同N/C比的可能活性位点。随着N/C比的降低，由于C的电负性比N小，Co的吸附位置往往失去更少的电子，综合晶体轨道Hamilton族数（ICOHP）越负，表明OOH的吸附越强。对于OER，除了CoO(100)//Co4N和2CoO(100)//Co4N的OH吸附能相对于其他吸附剂较弱外，大多数模型都是线性定位的。

Longevous Cycling of Rechargeable Zn-air Battery Enabled by “raisin-bread” Cobalt Oxynitride/Porous Carbon Hybrid Electrocatalysts. Adv. Mater., 2023, DOI: ht-tps://doi.org/10.1002/adma.202311105.