氮掺杂多孔碳负载铱纳米颗粒通过强金属-载体相互作用实现锌空气电池双功能催化性能突破

本研究针对锌空气电池双功能催化剂开发难题，通过构建氮掺杂多孔碳负载铱纳米颗粒（Ir-NHC）体系，利用强金属-载体相互作用调控铱电子结构，实现氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）协同增效，使锌空气电池在120.0 mW cm?2功率密度下获得862.5 mAh g?1的高比容量和2000次循环稳定性，显著优于商业Pt/C+Ir/C催化剂。

　　

这项突破性研究展示了氮掺杂多孔碳（N-doped holey carbon, NHC）负载铱纳米颗粒（Ir nanoparticles）的创新催化体系。通过精确调控强金属-载体相互作用（strong metal–support interaction），研究人员成功实现了对铱纳米颗粒尺寸和电子结构的双重优化。原位X射线吸收精细结构（in situ X-ray absorption fine structure）分析揭示，在不同氧析出反应（OER）电位下，这种相互作用有效优化了铱的电子结构及其对反应中间体的吸附过程。

该催化剂在氧析出反应（OER）和氧还原反应（ORR）中均表现出卓越的双功能催化性能，基于此组装的可充电锌-空气电池（ZABs）展现出令人瞩目的性能指标：比容量达到862.5 mAh g^?1，较商业Pt/C+Ir/C催化剂提升1.6倍；功率密度达120.0 mW cm^?2；更令人称道的是其循环稳定性——可持续运行2000次，远超对照组的32次循环。这项研究为下一代金属-空气电池催化剂的设计提供了重要理论依据和实践方案。