近日，我院张立学教授课题组与环境科学与工程学院杨东江教授课题组等密切合作，在高效双功能氧气电催化剂研究领域取得重要进展，相关研究成果以“Defect-Rich Nitrogen Doped Co₃O₄/C Porous Nanocubes Enable High-Efficiency Bifunctional Oxygen Electrocatalysis”为题发表在国际著名材料期刊Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adfm.201902875），期刊影响因子为13.325。该项研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及泰山学者计划等项目资助。我校2016级硕士研究生王志超为论文第一作者。

电解水和可充式锌空气电池作为重要的能源电化学新技术，对解决当前能源短缺和环境污染问题具有重要意义。氧气析出反应（OER）是电解水和锌空气电池的关键半反应，但其缓慢的动力学过程却在很大程度上限制了上述两种技术的快速发展。异原子掺杂和制造缺陷已被证明能够有效地优化部分非贵金属电催化剂的OER催化性能，然而，具有丰富缺陷的异原子掺杂电催化剂的可控制备和精确调控仍存在巨大挑战，且异原子掺杂对催化剂性能提升的原因，尤其是对催化剂电子结构的影响，仍较缺乏系统的实验表征和理论分析。在该工作中，王志超等以金属有机框架化合物ZIF-67为前驱体和模板，通过可控的低温氮掺杂技术制备了一系列富含缺陷的氮掺杂Co₃O₄/C多孔纳米立方体电催化剂（N-Co₃O₄@NC）。N-Co₃O₄@NC表现出比Co₃O₄@NC更加优异的OER及氧气还原电催化活性，以该催化材料为空气阴极组装的锌空气电池具有良好的充放电性能。通过控制NH₃处理温度对N掺杂量进行了精确调控，并结合材料表征和理论计算深入研究了N掺杂后催化性能提升的机制，为设计高效氧气电催化剂提供了新思路。

图1.氮掺杂的Co₃O₄/C多孔纳米催化剂用作双功能氧气电催化剂