柔性電子的蓬勃發展推動了可穿戴柔性儲能設備研究的熱潮。作為一種先進的儲能技術，鋅空氣電池系統具有成本低、安全性好、耐低溫、理論功率密度和能量密度高等優點。此外，由于具有清潔無污染、安全性強、發電過程外泄信號低、發熱少、易制成可穿戴器件等優點，鋅空氣電池必將在現代信息化設備特別是電動汽車產業建設中發揮至關重要的作用。近年來，發展耐低溫、輕便可穿戴、功率密度高的鋅空氣電池系統是現階段研究的重點。然而，發生在空氣正極的析氧反應（OER）和氧還原反應（ORR）涉及多步電子轉移過程且反應動力學緩慢，極大地限制了鋅空氣電池的功率密度和能量的轉換效率。尤其是在極端工作條件下，催化反應的反應動力學進一步被降低。為促進鋅空氣電池在極端且惡劣條件下的應用，探索高效且穩定的OER和ORR雙功能電催化劑至關重要，但目前仍面臨著巨大的挑戰性。因此，設計研發適用于極端低溫條件下、催化性能優良且成本低的電催化劑，建立微觀/電子結構調控和反應機理模型，揭示組分-結構-性能之間的構效關系，以此為基礎開發高性能的低溫鋅空氣電池具有極大的科學意義和技術實踐意義。

近日，暨南大學王子龍副教授針對鋅空氣電池在低溫條件下循環壽命短、倍率性能差、低成本催化材料研發所面臨的瓶頸，對雙功能電催化劑的微納結構和內部電子結構參數調節等基礎科學問題展開研究。通過簡單的熱誘導質量重構策略來構筑多層氧化物納米球，優化催化劑的OH^–和O₂的傳輸和擴散效率。此外，通過有限元分析、原位測試分析技術和理論計算等手段揭示陰離子摻雜和微觀結構調控對局域配位環境和反應動力學的影響。以此為基礎，探索電子結構和微觀結構的雙調控策略對低溫條件下電池電化學性能的影響，解決了鋅空氣電池在低溫條件反應動力學緩慢和電化學性能差的瓶頸問題。

圖1.有限元模擬分析多層球的層數對OH^–向O₂轉化傳質的影響。

圖2. 氧化鈷多層空心球的合成及結構表征。

圖3.陰離子P摻雜對內部電子結構的影響探究。

圖4.低溫鋅空氣電池性能研究。

第一作者：雷航，三峽大學校聘副教授，暨南大學與新加坡南洋理工大學聯合培養博士。研究方向包括柔性可穿戴電池/二次離子電池/金屬空氣電池的關鍵電極材料設計，以及電催化劑在電解水制氫方面的應用，主要針對于納米材料微觀結構/電子結構的調控，原位監測技術開發，質量/電子傳輸，中間產物吸附/脫附等性質的優化展開研究；目前已在包括Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Energy、InfoMat、Journal of Energy Chemistry等國內外重要期刊上發表論文30余篇，四篇論文入選高被引論文（ESI1%），論文被引1600余次。

通訊作者：王子龍，暨南大學物理與光電學院副教授，碩士生導師，入選廣東省級人才計劃，主要研究方向為納米材料可控制備及其在醫工交叉領域的應用、適用于工業條件的電催化劑設計、新型能源轉換儲存器件；以通訊作者/第一作者身份在國內外高水平期刊發表論文50余篇，主持國家、省部級科研項目6項。

Lei H, Huangfu Z, Chen L, et al. Structure and defect dual-engineering of cobalt oxides for low-temperature Zn-air batteries. Nano Research, 2023,https://doi.org/10.1007/s12274-023-6331-5.