近日，化材学院胡勇教授、颜磊博士等人在国际顶尖期刊《Advanced Energy Materials》（中科院1区Top，IF=24.4）在线发表题为《自重构Co/Co₂P异质结构提高碱性Zn-Co/air杂化电池的效率和耐久性》（Enhancing Efficiency and Durability of Alkaline Zn-Co/Air Hybrid Batteries with Self-Reconstructed Co/Co₂P Heterojunctions）的研究论文。该工作成功合成了一种类似小麦状的Co/Co₂P@PNCF材料，并首次将其作为可充电Zn-Co/air杂化电池的高效自支撑阴极，实现了杂化电池优异的性能输出。论文通讯作者为化材学院胡勇教授，共同通讯作者为颜磊博士。

锌空杂化电池将锌空气电池与碱性锌金属电池整合在一起，通过协同效应提高电池的能量密度和效率。锌空杂化电池的阴极需要金属离子在发生氧化还原反应的同时提供ORR/OER活性位点，从而促使多种电化学反应同时发生。众所周知，作为高活性OER催化剂的TMPs在碱性电解质中不可避免地会发生缓慢而不完全的表面自重构。鉴于此，针对Zn-Co/air杂化电池体系，研发能够原位重构生成高度可逆Co基（氧）氢氧化物活性物种的电催化剂显得尤为重要，这不仅能够增强催化效能，还为实现电池性能的优化开辟了新路径。然而，电催化过程中结构的演变和动态活性态的形成还需要进一步的研究，深入探索电池实际工作条件下电催化剂的演变对于开发高性能多功能电催化剂至关重要，但目前这方面的研究仍显不足。另外，在氧化还原反应中，电极表面必须被电解质充分润湿，而对于ORR/OER过程而言，建立气/固/液三相界面尤为重要。因此，探索先进的结构以同步实现阴极界面中活性位点的大量暴露和反应物的快速传输，是满足高效混合储能系统要求的关键所在。

本工作制备了一种类似小麦状的阴极材料（Co/Co₂P@PNCF），该材料由P/N共掺杂碳纳米纤维的“中心茎”和密集排列的Co/Co₂P异质结构的“谷粒”组成。这种仿生纳米结构不仅提供了大量暴露的活性位点，最大限度地提高了可及性，而且为电子转移和O₂/OH^-扩散建立了高导电网络。此外，Co/Co₂P异质结构在第一个循环过程中自重构产生高价钴活性物种，形成了高效的Co²⁺↔ Co⁴⁺氧化还原对，以提供额外的充放电电压平台。原位拉曼和非原位X射线衍射光谱证明了Co^3+/4+O_x(OH)_y↔ K_xCo^2+/3+O_y的可逆过程，提高了电池的效率和耐用性。基于Co/Co₂P@PNCF的Zn-Co/air杂化电池具有出色的功率密度（321 mW cm^-2）、超长的循环稳定性（700 h）和较高的能量效率（20 mA cm^-2时为62%）。这项工作为开发高效稳定的多功能电催化剂以及设计高性能的新能源体系提供了新的思路与途径。

（化材学院 颜磊）