《中国科学报》(记者 温才妃 李思颖 梁淑仪)海南大学海洋科学与工程学院副教授邢振月、史晓东和教授田新龙团队研究发现，将铁钴镍原子掺杂多孔碳催化剂作为功能载体材料可以推动水系锌碘电池循环稳定工作。12月19日，相关研究成果发表在《先进功能材料》上。

铁钴镍原子掺杂多孔碳催化剂作为功能载体材料的作用机制示意图。课题组供图

水系锌碘电池因其高安全性、高能量密度、低成本和环保属性而受到广泛关注。然而，活性碘溶解和多碘化物穿梭是阻碍水系锌碘电池应用的两大障碍。活性碘溶解会降低电池容量和使用寿命，使电池性能下降。多碘化物穿梭会降低电池的能量效率，影响电池长期稳定使用。当前，设计合成具有高比表面积、强化学吸附能力、丰富活性位点和快速碘氧化还原反应动力学的催化剂型载碘正极材料被认为是解决上述难题的有效策略。

研究团队通过活字印刷法合成了铁钴镍原子掺杂多孔碳催化剂，并将其用作负载碘单质的功能载体材料。在具体的操作过程中，研究团队精确合成铁、钴、镍等单原子个体作为“活字”模板，选择具有高比表面积、丰富孔隙结构和良好导电性的活性炭、碳纳米管、石墨烯等合适的多孔碳材料作为“纸张”，在将二者按照一定的比例混合后，研究团队通过物理或化学方法实现单原子对多孔碳的负载。负载后的混合物经过高温处理后，铁钴镍原子能够“点对点”地印刷到碳载体上，形成稳定的化学键合，从而得到铁钴镍原子掺杂多孔碳催化剂。与此同时，研究团队还将对合成的催化剂进行处理，使其更适合于具体的应用需求。

理论计算和实验数据表明，铁钴镍原子掺杂多孔碳催化剂载体具有较高的比表面积，丰富的铁钴镍掺杂位点，对碘的化学吸附能力强，对碘氧化还原反应动力学具有较高的催化活性。这些结构优势有效抑制了活性碘溶解和多碘化物穿梭，确保了持久的循环稳定性。

邢振月表示，铁钴镍原子掺杂多孔碳催化剂制备简单，易于大规模生产，具有良好的应用前景。此次研究工作优化设计催化剂型载碘正极材料，促进电池循环稳定工作，推动水系锌碘电池的实用化。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202421714

原文链接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/12/536268.shtm

编辑：王一钦

审核：符　涛