近年来，可充锌空电池的研究取得了丰硕的成果，因而出现了很多基于金属材料的双功能氧电催化剂。然而，它们在电池运行过程中的电催化结构和演变路径却很少被人研究。近日，华南师范大学Xin Wang与加拿大滑铁卢大学陈忠伟等提出了一种动态电催化剂的概念，利用具有壳层-体相结构的双金属氮化物碘催化剂为模型来研究催化剂在电池中的变化。

本文要点：

1) 研究人员在传统的三维空间结构基础上引入了时间这一变量作为第四坐标轴来追踪电池工作过程中电催化剂的变化情况。研究人员选择了(Co, Fe)₃N这种双金属氮化物作为金属电催化剂的代表主要基是因为实验结果和理论计算均表明双金属氮化物具有本征的金属性，因而电子电导率很高。

2) 研究人员将(Co, Fe)₃N内核和薄层氮掺杂碳包覆层以及形貌优化相结合发现这种动态电催化剂初始阶段即能够表现出133mW/cm²的功率密度，在30mA/cm²的电流密度在充放电曲线的电压差为1.08V。更重要的是，这种催化剂的无氧内核能够作为理想的平台来记录电池工作过程中含氧外壳的界面动态变化。

3) 研究人员通过在宏观和微观尺度上收集时间变化信息发现在锌空电池实际运行过程中会先在催化剂表面生成具有六方结构的氢氧化物外壳然后壳体结构逐渐成型。然后，研究人员观察到表面Co会发生电流驱动的价态波动，而壳层和内部的Fe则始终保持惰性。因此，这种催化剂的动态变化使得锌空电池的功率密度增大至234mW/cm²且30mA/cm²的电流密度下充放电电压差降至0.85V。

Ya-Ping Deng et al, Dynamic electrocatalyst with current-driven oxyhydroxide shell for rechargeable zinc-air battery, Nature Communications, 2020

DOI: 10.1038/s41467-020-15853-1

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15853-1