城大研发新型催化剂 实现高性能可充电锌-硝酸盐电池

城大研发新型催化剂 实现高性能可充电锌-硝酸盐电池

香港城市大学（城大）化学系范战西教授领导的研究团队近日在锌-硝酸盐电池领域取得重要突破。他们开发出一种高性能且可充电的锌-硝酸盐/乙醇电池，通过引入创新催化材料，解决了传统锌-硝酸盐电池不可充电的问题。

研究团队设计并合成了一种高效的四苯基卟啉（tpp）修饰异质相铑铜合金金属烯（RhCu M-tpp）。这种双功能催化材料在中性介质中的电催化硝酸盐还原反应（NO3RR）和乙醇氧化反应（EOR）中都表现出卓越的能力，克服了传统金属基固体催化剂的单一功能局限性。

城大化学系范战西教授。（图片来 源：香港城市大学）

范战西教授指出，这项研究不仅突出了分子-金属接力催化机制对电催化硝酸盐还原为氨的重要意义，而且提供了一个多功能电池样机，揭示了金属基杂化电化学系统在高性能、可持续能量储存和转换应用上的优势。

研究团队开发的RhCu M-tpp催化剂打破了传统铜基催化剂在中性介质中需要较高过电位才能高效转化硝酸盐为氨的难题。基于该催化剂优异的双功能性，成功构建了一种可充电的锌-硝酸盐/乙醇电池，解决了传统锌-硝酸盐一次原电池的可充性差问题。

这项研究还揭示了一种独特的分子-金属接力催化机制：硝酸盐首先在tpp上还原为亚硝酸盐，随后亚硝酸盐在金属位点进一步还原为氨。这验证了分子表面改性以增强纳米金属电化学催化硝酸盐还原性能的可行性。

研究成果已发表在国际知名期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，题为《构建分子-金属接力催化异质金属烯用于高性能可充电锌-硝酸盐/乙醇电池》。

这项突破不仅为构建高性能锌基混合能源系统提供了有效解决方案，也为未来催化剂设计向多功能、环保型装置提供了有价值的见解。