近日，理工学院物理学系2019级本科生陈智毅在物理学Top期刊Applied Physics Letters上发表题为“Cobalt Loaded on Concave Hollow Carbon Octadecahedron for Zinc-air Batteries”的学术论文，该论文被遴选为特色系列（Featured）。物理学系研究生叶燕婷为该论文的共同第一作者，王楠老师、孟辉教授为共同通讯作者。
可充电锌空气电池是清洁能源存储和转换技术中的一个焦点。然而，它们的实际应用受到氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）中四电子多步反应的缓慢动力学的限制。
为了开发高性能锌空气电池，本研究提出了一种通过在钴基沸石咪唑酯骨架（ZIF-67）合成过程中引入g-C3N4量子点，调节骨架结构在热解过程的应力平衡，形成负载钴的中空凹陷碳十八面体材料（CNQD/CoNBs）的策略。该方法能显著增大材料的比表面积和提供丰富的微孔数量，使其在OER和ORR中表现出优异的双功能性能（1.36 V@10 mA/cm2，E1/2 = 0.86 V vs RHE）。此外，同步辐射技术表明材料具有丰富的空位和缺陷，同时密度泛函理论计算揭示了具有弯曲结构的材料由于其几何构型和框架结构可暴露更多的活性位点。该材料可应用于可充电锌空气电池中，实现210 mW/cm2的放电功率密度和长时间充放电循环稳定性。该设计思路为构建用于可充电锌空气电池的双功能耐用碳基材料提供了一种新的方案。
FIG. 1. (a) Schematic illustration of the formation process of CNQD/CoNBs. (b) The formation mechanism of the curved structure.
本研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、中国博士后科学基金及省级科研基金的支持。
（文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0141839）