碳载双过渡金属纳米簇作为一类极具催化潜力的低成本电催化剂，兼顾了单原子催化剂原子利用率高与双金属纳米颗粒催化剂相邻金属协同作用强的双重优势，在可充电锌-空气电池（Re-ZABs）的双功能氧电催化研究中引起广泛关注。然而，催化剂的精确制备仍面临巨大挑战：随着金属尺寸减小至纳米乃至亚纳米尺度，其表面能急剧攀升，极易在高温处理过程中诱发团聚，严重制约其催化稳定性与实际应用。因此，亟需开发先进的合成策略，实现对碳载双金属簇在尺寸、组成及分散性等关键结构参数上原子级精确调控。
图1 种子介导生长策略合成示意图
近日，青岛能源所王光辉研究员带领的多孔催化材料研究组开发了一种种子介导生长策略，成功在氮掺杂螺旋介孔碳（SMC）上构筑了超细FeCo双金属团簇（FeCo/SMC）。该策略巧妙利用不同金属对氨亲和性的差异：在NH3参与的热解过程中，氨与Co原子间较强的配位作用可动态稳定Co物种，抑制其团聚，从而在SMC载体上原位生成Co单原子（Co1/SMC）；而Fe物种对氨配位亲和力较弱，稳定效果有限，在缺乏Co前驱体时易发生团聚，在SMC表面形成Fe纳米颗粒（Fe-NPs/SMC）；当Fe和Co前驱体共存于热解体系时，原位生成的Co单原子可作为成核位点，引导FeCo团簇的定向生长，最终获得原子级混合、尺寸分布均匀的超细双金属团簇。研究表明，Co单原子晶种不仅有效抑制了团簇在生长过程中的团聚，还优化了FeCo团簇的电子结构，从而协同提升了催化剂的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）性能。
得益于上述结构优势，所制备的FeCo/SMC催化剂在碱性介质中展现出优异的双功能催化活性：ORR半波电位为0.89 V，OER过电位（η@10 mA cm-2）为379 mV，双功能电位差（ΔE）为0.72 V。将其作为空气阴极组装Re-ZABs后，器件实现了221 mW cm-2的峰值功率密度，并展现出超过750小时的优异长循环稳定性。这项工作为合成尺寸可控、电子结构可调的双金属团簇催化剂提供了一种简便且高效的策略，对推动高性能、长寿命锌-空气电池的发展具有重要意义。
上述工作发表在《Journal of Materials Chemistry A》杂志上（DOI: 10.1039/d5ta07901b），第一作者是青岛能源所赵依伦硕士和青岛大学硕士研究生段梦伟，通讯作者是青岛能源所的王光辉研究员、田正斌博士以及青岛大学的于冰教授。该研究获得山东省重点研发计划、山东省自然科学基金和中国博士后科学基金等项目的资助。（文/图 田正斌）
相关论文：Yilun Zhao, Mengwei Duan, Zhengbin Tian, Wenquan Wang, Xiaohui Deng, Bing Yu, and Guang-Hui Wang. Seed-mediated construction of bimetallic FeCo clusters on N-doped mesoporous carbon for bifunctional electrocatalysis in rechargeable Zn–air batteries. Journal of Materials Chemistry A, 2026, 14, 8932-8939.
原文链接：https://doi.org/10.1039/d5ta07901b
