我國研納米反應器新妙招

    中國安徽理工大學研究團隊受生物體系高效傳質與催化機制啟發，創新性地構築了一種具有多級管狀結構納米反應器。研究表明，該過渡金屬基電催化劑在鋁空氣電池中展現出優異的氧還原反應活性與穩定性，其整體性能可媲美傳統貴金屬催化劑。

    研究人員指出，鋁空氣電池因能量密度高、鋁資源豐富而備受關注，被認為是極具潛力的新一代儲能體系。其中，空氣陰極上的氧還原反應好比電池的“呼吸過程”，既要把氧吸附到電極表面，又要高效傳輸並完成反應。長期以來，不少研究只優化了其中一兩個環節，導致氧在“進門、走路、反應、離開”這一完整鏈條上缺乏整體設計，全路徑氧管理成為制約性能提升的關鍵科學問題。

    在這項工作中，研究團隊受到桉樹葉多級脈絡結構的啟發，在氮摻雜碳骨架上原位生長鈷摻雜磷化鐵納米顆粒，構築出一種同時具備多級孔道和精細配位結構的層級納米反應器。多級孔道網絡好比一條立體高速路，一方面在電極表面形成局域電場，主動“抓住”氧氣和氫氧根，使反應物在關鍵區域富集；另一方面，貫通的孔道大幅提升了氧的傳輸效率，避免了氧在電極內部的“堵車”現象，實現了從吸附、遷移到催化反應的協同優化。電化學測試顯示，該催化劑在鹼性介質中表現出優異的本征活性，兼具高功率輸出和長壽命特徵，在同類電池體系中具有明顯優勢。

    除了結構設計，研究團隊還在原子尺度上對活性位點進行了改造。通過鐵——氮錨定，催化劑內部形成了鐵-磷-鈷異質配位橋，使鐵-磷鍵縮短，改變了鐵周圍的電子環境，從而降低了中間體的脫附能壘，加快整體反應速率。原位拉曼測試證實，這些鐵——磷——鈷橋接結構正是促進含氧中間體釋放的關鍵活性中心，與理論計算結果高度吻合，構成了從“結構——電子——性能”的完整證據鏈。

    專家指出，該研究將仿生層級結構設計、鐵-磷——鈷異質配位橋構築與電子態精細調控有機結合，提出了面向氧還原反應的“全路徑氧管理”新思路，為理解和設計高效金屬空氣電池催化電極提供了具有代表性的範例。

    研究團隊指出，我們的目標不是只針對反應的某一步，而是設計一條完整的“交通系統”，對氧進入電極到完成反應的整個過程進行系統優化。希望通過這類仿生與精細調控結合的策略，為新一代高能量密度金屬空氣電池提供更加可靠的電極材料方案。

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