锌-空气电池，又称锌氧电池，放电时，以空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，在阴极催化剂表面上氧气发生还原反应；阳极活性物质为金属锌，自身发生氧化反应而溶解。与传统电池相比，锌-空气电池存在诸多优点，如高比能量、高电流密度等，在一些小型发电装置领域具有广阔的应用前景。目前影响电池性能和商业应用的关键因素之一是阴极催化剂对氧气的还原性能不理想。因此，制备低成本、高活性的阴极氧还原催化剂对实现锌-空气电池的高性能应用具有极大的研究意义。
近日，9499www威尼斯易清风教授研究团队报道了一种空心管状纳米复合材料的合成，实现了其作为阴极催化剂用于碱性和中性锌-空气电池的研究。以双氰胺作为氮源，蔗糖作为碳源，金属镍和钴作为纳米管生长催化中心，合成了一种管径小至6-11nm的空心纳米管复合催化剂。经测试，催化剂在碱性和中性电解液中对氧还原具有优异的电催化活性，连续循环5000圈其电流密度几乎不变。其高活性原因可归属于：纳米管结构本身巨大的表面积，良好的导电性；氮与过渡金属的高亲和力，促进了氮掺杂碳和金属氧化物之间更强的耦合效应，大大加速了催化剂表面和反应中间体之间的界面电子转移；高温下形成金属-N结构，形成更多的缺陷部位，提供较多活性位点。此外，以锌片作为阳极，同时将制备的催化剂负载在碳纸上作为空气电极（阴极），在氢氧化钾和硝酸钾溶液中分别组装了碱性和中性锌-空气电池，测试结果显示出接近或优于以商品Pt/C为阴极催化剂的放电性能。这项研究为制备碳氮复合物纳米管材料，并将其作为优异的阴极催化剂应用于碱性和中性锌-空气电池提供了新的策略。
这一成果近期发表在 Science China-Materials 上，文章的第一作者是湖南科技大学16级研究生余亮，通信作者为易清风教授。该工作得到了国家自然科学基金（No. 21875062，No. 21376070）的资助。
Liang Yu, Qingfeng Yi*, Xiaokun Yang and Yao Chen, An easy synthesis of Ni-Co doped hollow C-N tubular nanocomposites as excellent cathodic catalysts of alkaline and neutral zinc-air batteries. Science China-Materials, DOI.org/10.1007/s40843-019-9439-9.
