近日，加拿大滑鐵盧大學陳忠偉和余愛萍等設計并制造了具有出色雙功能活性可充電ZAB的三維有序介孔Mg_xCo_3-xO₄(3DOM Mg_xCo_3-xO₄)。

3DOM Mg_xCo_3-xO₄催化劑通過一種簡單的硬模板方法合成，其中聚苯乙烯球最初作為Co和Mg前體的主體，并通過熱解去除。3DOM Mg_xCo_3-xO₄的分級有序多孔結(jié)構(gòu)導致表面積大、Co和Mg元素分布均勻以及導電率高。

對3DOM Mg_xCo_3-xO₄的綜合物理化學表征和密度泛函理論(DFT)研究揭示了其在ZAB中作為陰極材料的優(yōu)異活性背后的真正機制：首先，在四面體位點用Mg²⁺取代Co²⁺會產(chǎn)生更多的Co³⁺占據(jù)八面體位點，從而促進氧催化，除了與Co-O和Mg-O相關(guān)的主要活性位點外，還形成大量的Mg-O-Co反應位點；其次，3DOM結(jié)構(gòu)中相互連接的大孔和中孔縮短了離子和電子的擴散長度，提高了ORR/OER反應動力學和充電/放電速率，同時降低了電壓極化。

此外，3DOM Mg_xCo_3-xO₄的大表面積增加了電極和電解質(zhì)之間的界面面積，從而增加了界面處的電荷/質(zhì)量傳遞；Mg²⁺和Co₃O₄的協(xié)同作用優(yōu)化了Mg_xCo_3-xO₄上的氧化還原反應中間體的自由能，大大降低了ORR和OER過電位。

總的來說，該項工作合成了一種有效的ZABs高活性和耐用的雙功能氧電催化劑，更重要的是，該工作也闡釋了金屬摻雜氧化鈷基催化劑上的ORR/OER反應機理。

Three-Dimensionally Ordered Mesoporous Co₃O₄ Decorated with Mg as Bifunctional Oxygen Electrocatalysts for High-Performance Zinc-Air Batteries. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107425