哈工大化工与化学学院王振波教授团队提出界面电子耦合机制 提高催化剂的活性和稳定性

哈工大全媒体（梁英爽 张云龙 文/图）近日，我校化工与化学学院王振波教授团队在双功能氧电催化剂研究领域取得重要进展，研究成果以《设计 钴-氮-铬 跨界面电子桥打破制约活性-稳定性转换 以实现超稳定的双功能氧电催化剂》（Engineering Co-N-Cr Cross-Interfacial Electron Bridges to Break Activity-Stability Trade-Off for Superdurable Bifunctional Single Atom Oxygen Electrocatalysts）为题发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上。该成果有望为氢燃料电池/金属空气电池中新一代阴极催化剂的设计及应用提供新思路。

在各类电化学转换器件中，氢燃料电池与金属空气电池由于具有清洁高效的特点，是实现“双碳”目标的重要手段。然而，由于阴极催化剂在高电流及长期运行条件下难以维持稳定，阻碍了其大规模发展。

为改善阴极催化剂的长循环耐久性，王振波教授团队提出界面电子耦合机制，通过在无机氧化铬基底上整合一系列金属-氮-碳分子提高催化剂的活性和稳定性。研究结果表明，钴-氮-碳层中的π电子与三氧化二铬（Cr₂O₃ ）中部分填充的d轨道之间的强相互作用诱导了异质界面上特殊钴-氮-铬电子桥的形成。动力学分析表明，该钴-氮-铬电子桥促使阴极氧气还原过程从二电子、四电子混合路线调整为四电子主导路线，显著抑制不利的芬顿效应，从而使催化剂获得突破性的催化活性与长期耐久性。该设计方案有望解决阴极催化剂活性和耐久性之间的制约问题，为高活性、高耐久性阴极催化剂的设计与开发提供新思路。

我校化工与化学学院助理教授张云龙为论文第一作者，王振波教授、赵磊副教授为共同通讯作者。我校为论文第一通讯单位。我校化工与化学学院博士研究生刘博、戴昀昆、郭盼、夏云飞、张子钰，我校材料学院孔凡涛教授，深圳大学博士后沈力晓为论文共同作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202400577

钴-氮-铬跨界面电子桥的设计