可充电锌空气电池 (ZAB) 具有较高的理论能量密度（1084 Wh·kg⁻¹）、低成本、电解液安全且低毒等优势，是下一代新能源电池的理想选择。然而，ZABs的性能仍受到阴极氧还原/析出反应（ORR/OER）电催化动力学不足的限制。尽管Pt和Ru / Ir基材料分别具有最佳电催化ORR和OER性能，但其稀缺性、高成本及低稳定性阻碍了它们的大规模商业化应用。鉴于此，大量的研究工作一直致力于探索非贵金属、双功能且稳定的电催化剂。其中，过渡金属氮碳（TM-N-C）材料因其在TM-N-C结构上的高本征活性和可调的局域电子结构，以及良好的导电性和易于调控的微纳结构，已被证明是一种十分有前景的双功能氧催化剂。

沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF）作为金属有机骨架材料（MOF）的一个重要分支，已被广泛用于制备各种TM-N-C材料。其中，过渡金属离子和咪唑配体提供丰富的TM-N_x-C活性中心（例如Co-、Fe-和Ni-N_x-C）和/或氮掺杂碳基体。由于ZIF具有易于合成同时碳化后能够继承前驱体结构的优势，通过精准调控合成并热解ZIF可以获得优异的双功能催化性能。尽管如此，大多数报道的ZIF衍生材料呈粉末形式，在用于可再充ZAB空气电极时，由于粉末样品和集流体（例如碳布、泡沫镍）之间结合力不足，导致ZAB循环稳定性不足。

为了应对以上挑战，研究人员通过一种简单的共沉淀方法，有目的地设计了具有相同 [Co-imidazole] 键且含不饱和配位数不同的ZIFs。电化学测试表明上述ZIFs衍生物在粉末状态时显示出类似的双功能催化性能。随后，将具有最高不饱和配位度的叶状ZIF（ZIF-L）生长于碳布上，发现其暴露的配体及钴离子与酸氧化刻蚀后碳布上的官能团可以稳定结合。最终，ZIF-L前驱体在高温碳化作用下获得高度集成于柔性碳布上的Co纳米颗粒修饰的Co-N-C纳米材料（Co/Co-N-C/CC）。Co/Co-N-C/CC被制作为柔性可再充电ZABs的独立式空气电极，在碱性介质中表现出优越的循环稳定性。例如，在50 mA·cm⁻² 电流密度下其能量密度为983 Wh·kg⁻¹是理论能量密度的81%，峰值功率密度达到163 mW·cm⁻²；所制备得准固态电池开路电压为1.439 V，电流密度2 mA/cm² 下充放电循环630 圈，电压效率仍保持在61% 以上，这些结果优于Pt/C-IrO₂催化剂以及其他相似电极的性能水平。

寇宗魁，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室研究员，原子尺度能源电催化课题组长，湖北省高层次青年人才项目获得者，湖北省楚天学子。主要研究方向为原子尺度电催化材料的开发及催化机理研究。近五年在材料、化学、能源及其交叉学科领域发表学术论文100余篇，其中以第一作者及通讯作者在Adv Mater 、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、ACS Energy Letters、Electrochemical Energy Review、Adv Sci、ACS Catal、Nano Energy等发表SCI论文50余篇，SCI他引5000余次，h-index：41；获国家授权发明专利2项；主持并参与多项国家及省部级科研项目。受邀多本国际高影响力学术期刊独立审稿人。任《Interdisciplinary Materials》期刊学术编辑。受邀参加多个国际会议并作邀请报告。

课题组链接：

https://www.x-mol.com/groups/kou_zongkui

T. Wang, M. Liu, S. Chaemchuen, et al. Constructing a stable cobalt-nitrogen-carbon air cathode from coordinatively unsaturated zeolitic-imidazole frameworks for rechargeable zinc-air batteries. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4243-4.

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