随着全球对清洁能源需求的激增，锌空气电池因高能量密度、环保且锌资源丰富等特点，被视为未来便携式电子设备和储能系统的潜力股。但它的“短板”也很明显——充放电过程中氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的反应速度慢、催化剂稳定性差，严重限制了实际应用。

最近，我国科研团队在这一领域取得新进展。由温州大学、昭通学院等机构联合发表于《Frontiers in Energy》的研究，提出了一种“双功能氧催化剂”CoNC@FePc，不仅同时提升了ORR和OER的效率，还让锌空气电池的循环寿命突破100小时，性能超越了目前主流的商业催化剂组合Pt/C+RuO2。

给催化剂“搭个桥”：铁酞菁分子锚定钴碳材料
传统金属基催化剂（如Pt/C、RuO2）虽性能优异，却因成本高、易团聚失活，难以大规模应用。为此，研究团队将目光投向了两类材料的“协同效应”：一类是ZIF-67衍生的钴碳纳米材料（CoNC）——这种由金属有机框架（MOF）高温热解得到的多孔碳材料，自带均匀分散的钴纳米颗粒和丰富的氮掺杂位点，像“多孔海绵”一样能提供大量反应活性区域；另一类是铁酞菁（FePc）分子——一种类似血红蛋白结构的大环分子，对ORR有天然催化优势，但单独使用时易团聚、稳定性差。

通过简单的溶液法，团队将FePc分子“锚定”在CoNC的钴纳米颗粒表面，形成了CoNC@FePc复合催化剂。就像给FePc分子“系上安全带”，钴纳米颗粒不仅防止了FePc的团聚，还通过电子转移增强了其催化活性——这一设计，让两种材料的优势被充分“激活”。

实验数据亮眼：性能超商业催化剂，电池寿命破百小时
实验结果验证了这一设计的有效性。在ORR测试中，CoNC@FePc的半波电位达到0.87V（数值越高，催化活性越强），超过了商业Pt/C催化剂的0.85V；OER反应中，其过电位仅314mV（数值越低，越省电），比RuO2的331mV更优。更关键的是，这种催化剂的“双功能”表现（ORR和OER的电压差）仅0.679V，比Pt/C+RuO2组合的0.703V更小，意味着电池充放电效率更高。

将CoNC@FePc应用于锌空气电池后，测试数据同样突出：电池开路电压1.53V（接近理论值），峰值功率密度150.2mW/cm²（比Pt/C基电池高约7%），且在10mA/cm²的电流密度下循环100小时后，电压仍保持稳定——而Pt/C+RuO2基电池仅35小时就出现明显衰减。

从实验室到应用：低成本、高稳定的潜力
研究还通过理论计算揭示了催化机制：钴纳米颗粒与FePc分子间的电子转移，降低了ORR和OER的反应能垒，其中ORR的决速步（反应最慢的一步）过电位仅0.33eV，OER的决速步过电位0.44eV，均显著低于单独FePc的表现。

“这种催化剂的合成方法简单，原料成本低，且性能稳定，为锌空气电池的商业化提供了新方向。”论文作者表示，未来可进一步优化材料结构，提升催化剂在不同环境下的适应性，推动其在便携式电子设备、储能系统中的实际应用。

目前，相关成果已在线发表，详细数据和补充材料可通过论文链接获取。随着这类高效催化剂的突破，锌空气电池离“走进日常生活”或许又近了一步。

来源: FIE能源前沿期刊