研究突破简介
配体效应激活惰性原子，无金属碳材料实现氧气桥式吸附
针对柔性锌空气电池（FZABs）在低温和低质子浓度环境中面临氧还原（ORR）动力学缓慢的挑战。本团队通过设计独特的P=O配体，首次在无金属碳材料中实现氧气从"end-on"吸附向高效"bridge"吸附的转变，成功激活惰性碳原子形成C/P活性对。采用熔盐法合成的P、N共掺杂分层多孔碳材料（CNP-900）在宽pH（中性E~1/2~=0.77 V、碱性0.91 V、酸性0.78 V）和宽温域（-20–70°C）下均展现出超越商用Pt/C的ORR活性和稳定性（10,000次循环衰减仅13 mV）。原位表征与理论计算证实，P=O配体调控邻近碳原子的电荷与自旋态，诱导氧分子通过Yeager模型进行桥式吸附，显著降低O-O键断裂能垒，加速质子耦合电子转移过程。基于该材料组装的柔性锌空气电池在低温（-20°C）和弯曲条件下仍保持高稳定性（>180小时循环）。
该成果发表于Energy & Environmental Science ( Doi:10.1039/d5ee01407g )，为调节氧吸附模式以提高杂原子掺杂碳催化剂的动力学提供了新的见解,为极端环境能源器件开发提供新范式。
Fig. 1 Synthesis and characterization of P, N co-doped carbon catalysts.
