催化剂的表面和界面对其电催化活性有重要的影响，江苏师范大学沙琳娜博士、韩锡光教授课题组和浙江工业大学庄桂林教授课题组以均匀的球状NiCo配位化合物为前驱体，设计合成出具有均匀的空心球结构的氮掺杂碳包覆NiCo合金（NiCo@N-C）电催化剂。得益于独特均匀的空心结构带来大的比表面积，以及NiCo纳米颗粒与氮掺杂碳层均匀的界面之间的协同作用，该材料在锌空电池应用中表现出优异的放电性能和稳定性。
锌空气电池具有能量密度高、自放电低、放电曲线平稳和环境友好等优点，被认为是极具潜力的能量储存和转换设备。然而发生在空气电极上的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)存在电子转移动力学缓慢和过电势较大等问题阻碍了锌空电池的商业化应用。商业Pt/C和RuO2作为目前市场主要使用的催化剂，面临诸如价格高和稳定性差等缺点。因此开发具有高ORR和OER活性的高效电催化剂对于锌空电池的发展是至关重要的。
虽然双金属催化剂具有优异的电催化活性，但直接在碳载体上负载双金属催化剂在电化学过程中极易发生金属的流失和聚集。因此，构筑具有空心结构的氮掺杂碳壳包覆双金属纳米颗粒是提高双金属催化剂在碱性电解质中的电催化活性和稳定性的有效策略之一。其中高导电性的氮掺杂碳层不仅可以孤立金属颗粒，还能够通过外层碳壳的保护有效避免金属纳米颗粒在电化学过程中的团聚和腐蚀，从而提高催化剂的活性和稳定性。此外，杂原子氮的引入会使氮原子相邻的碳原子缺乏电子，导致费米能级上移，从而提高电荷迁移速率。
基于上述考虑，江苏师范大学沙琳娜博士、韩锡光教授课题组和浙江工业大学庄桂林教授课题组以NiCo配位化合物为前驱体，通过原位煅烧的策略合成出了氮掺杂碳包覆NiCo合金（NiCo@NC）。独特的空心球结构不仅提供为ORR/OER过程提供了大量活性位点，同时增强了电子传递和物质传输速率。此外，理论计算结果证明 NiCo纳米粒子和氮掺杂碳层之间的协同作用有益于O2*和OH*中间体的活化，从而有效提高催化剂OER/ORR活性。电化学性能测试表明，制备的NiCo@NC表现出优异的OER（Ej=10=1.54 V vs.RHE）和ORR（E1/2=0.77 V vs.RHE）双功能催化活性。将其作为阴极催化剂组装的锌空气电池，在电流密度为10 mA cm-2时放电比容量高达788.7 mAh g-1，并保持200 h的充放电循环稳定性。本研究为制备高效的过渡金属基电催化剂提供了新的思路和方法。
图1 (a) NiCo配位化合物前驱体的SEM图，NiCo@NC的 (b) SEM、(c) TEM、(d, e) HRTEM和 (f) SAED图，(g-k) 对应的EDX元素分布图，NiCo@NC的 (l) XRD和 (m) Raman图。 图2 (a) 锌空电池示意图，(b) 放电极化及功率密度曲线，(c) 放电曲线，(d) 充放电循环稳定性曲线，(e) 实际应用照片 论文信息 N-Doped Carbon Confined NiCo Alloy Hollow Spheres as an Efficient and Durable Oxygen Electrocatalyst for Zinc-Air Batteries Shijie Huang, Wei Zhang, Qiong Chen, Shuo Zhou, Ling Sun, Dr. Linna Sha, Prof. Guilin Zhuang, Prof. Po Wang, Prof. Xiguang Han Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202300321
