摘要：氧化还原反应（ORR/OER）是燃料电池和金属空气电池中关键的电化学过程，但高效ORR/OER电催化剂的快速大规模生产仍然具有挑战性。本文，东莞理工学院在《Advanced Energy Materials》期刊发表名为“Facile Microwave Sy

1成果简介

氧化还原反应（ORR/OER）是燃料电池和金属空气电池中关键的电化学过程，但高效ORR/OER电催化剂的快速大规模生产仍然具有挑战性。本文，东莞理工学院在《Advanced Energy Materials》期刊发表名为“Facile Microwave Synthesis of Kilogram-Scale Electrocatalysts with Nanocarbons Bridged Cobalt Active Sites for Enhanced Oxygen Electrocatalysis”的论文（黄俊锋讲师为第一作者），提出了一种开创性的微波合成策略，可快速制备公斤级ORR/OER双功能电催化剂。

本文该策略利用微波辐照产生瞬时热能，构建连接钴单原子和纳米颗粒的纳米碳桥结构，显著提升了电子/质量传递动力学和活性位点利用率。所得碳桥钴催化剂（CBCo-800）展现出卓越性能：半波电位达0.86 V（vs. RHE），过电位差仅0.696 V。在锌空气电池测试中，CBCo-800实现了794 mAh g−1的比容量和650小时以上的稳定运行，性能超越商业Pt/C和RuO2。DFT计算揭示纳米碳桥通过增强氧活化和优化中间体吸附/解吸动力学，有效降低了ORR/OER能垒。该研究为规模化生产高性能双活性位点电催化剂提供了可靠平台。

2图文导读

图1、 （a）合成过程示意图 （b）自制工业微波炉及所得粉末图 （c）扫描电子显微镜图像 （d）透射电镜图像 （e-f）HAADF-STEM图像 （g）三维原子重叠高斯函数拟合图 （h）暗场衍射图像 （i）能谱分布图

图 2、（a）XRD （b）-（c）XPS图谱 （d）归一化K-edge XANES谱图 （e）FT-EXAFS谱图 （f）FT-EXAFS谱拟合曲线 （g-i）K-edge EXAFS WT曲线。

图 3 、（a）LSV曲线 （b）JK和E1/2值 (c) 不同转速下的LSV曲线 （d）K-L图和电子转移数 (e) 电子转移数和过氧化氢产率 (f) i−t曲线 （g）LSV （h）ΔE 曲线（i）i−t曲线。

图4、（a）计算模型 (b) 电荷密度差异 (c) ORR和OER优化构型 (d) 态密度 (e) Bader电荷和氧吸收能图(f-g) ORR和OER的自由能

图 5、 （a）可充电ZABs的示意图 (b) 开路电位 (c) 放电和充电曲线 (d) 功率密度 (e) 比容量 (f) ZABs驱动的LED显示屏(g) 恒流充放电曲线

3小结

本研究开发了一种高效、可规模化的微波热解策略，用于制备具有碳桥连接的Co单原子/纳米颗粒协同网络的双功能ORR/OER电催化剂。该策略利用定制反应器实现快速热解（分钟级），批次产量达1.07公斤，并有效抑制金属团聚，显著优于传统耗时热解法。所得碳桥结构形成分级传质通道，增强电导率和反应物传输，使最优CBCo-800催化剂展现卓越双功能活性（ΔE = 0.696 V），优于商用Pt/C+RuO₂（ΔE = 0.707 V）。实验与理论计算表明，Co单原子与纳米颗粒的协同作用优化了氧中间体吸附，降低反应能垒，从而加速ORR/OER动力学。基于CBCo-800的锌空电池实现794 mAh g⁻¹的高比容量和650小时以上的超长循环稳定性。该策略可拓展至多种多孔前驱体，为高性能电催化剂的原子级精准设计与规模化生产提供了可行路径，推动可持续能源技术的发展。

文献：

作者简介：

黄俊锋，硕士生导师，东莞理工学院机械学院讲师。博士毕业于香港理工大学。多年来主要从事金属有机骨架材料的制备及其电催化和医学方向的应用、3D打印技术及其器件制备和大型磁场激发器件的自主研发搭建等研究工作。先后参与多项省市级的科研项目，以第一或通讯作者在《Advanced Energy Materials》、《Journal of Energy Chemistry》、《Journal of Bionanotechnology》、《Applied Surface Science》、《Journal of Energy Storage》等学术刊物上发表学术研究论文18篇。

来源：材料分析与应用

来源：石墨烯联盟