随着化石燃料日益枯竭以及环境污染问题不断加剧，开发高效、清洁、低成本的新型储能系统已成为全球能源领域的重要研究方向。锌空气电池（Zinc-Air Batteries, ZABs）因具有高理论能量密度、安全性高和环境友好等优势，被认为是极具应用前景的下一代储能技术。然而，其阴极缓慢的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）动力学，严重制约了实际应用性能。
传统过渡金属催化剂普遍存在稳定性不足、易中毒以及成本较高等问题。相比之下，锌（Zn）元素储量丰富、价格低廉且环境友好，但由于其3d¹⁰全满电子排布导致电子结构“惰性”，催化活性难以充分发挥。如何精准调控锌原子的局域电子结构、激活其本征催化潜能，已成为当前能源催化领域的重要科学挑战。
近日，青岛科技大学董立峰教授与于立岩教授团队在《Journal of Materials Chemistry A》上发表题为“Dual-salt-enabled atomic engineering of Zn-N4 sites through Na/Cl modulation for high-performance bifunctional oxygen electrocatalysis”的研究论文。该研究创新性提出了一种NaCl/ZnCl₂双盐辅助静电纺丝-热解协同策略，为非贵金属双功能氧电催化剂的设计提供了全新思路。研究中，NaCl/ZnCl₂熔盐体系不仅发挥了模板造孔和刻蚀作用，还通过碱金属-卤素协同调控，实现了局域电子结构重塑，成功构建出具有特殊电子环境的Zn-Nₓ/Cl活性中心，突破了传统Zn-N₄位点电子结构调控困难的问题。理论模拟与实验结果均表明，该策略能够有效推动Zn原子的d带中心向费米能级移动，从而显著打破其电子惰性，大幅提升氧电催化活性。基于该催化剂组装的液态及柔性固态锌空气电池均表现出优异的输出功率和超长循环稳定性。
图1. 双盐辅助静电纺丝与热解协同策略的流程示意图及形貌、元素分布表征
为深入揭示双盐策略对催化剂微观结构与活性位点的调控机制，研究团队开展了X射线吸收精细结构（XAFS）分析。结果表明，相较于常规Zn-CFs催化剂，ZnNa-CFs表现出更宽的第一配位壳层峰以及明显增强的Zn-Cl散射信号。进一步定量拟合证实了混合Zn-Nₓ/Cl配位结构的形成。同时，X射线光电子能谱（XPS）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析显示，Na元素主要以离子/盐形式与含氧碳基团结合（如ONa），在空间上作为局域电子调控单元，进一步优化了中心金属原子的电子微环境。
图2. XAFS 精细配位结构解析及小波变换（WT）分析
为了从原子尺度揭示催化性能提升的内在机制，团队进一步开展了密度泛函理论（DFT）计算。结果显示，当Zn-N₄结构引入轴向Cl配位并在周围存在ONa官能团时，催化剂具有最低的ORR（0.68 V）和OER（1.34 V）理论过电位。投影态密度（PDOS）分析进一步表明，Na元素的引入有效拓宽了电子能级分布，使Zn原子的d带中心由−6.417 eV显著上移至−6.126 eV。电子态重构显著增强了Zn活性位点与关键反应中间体（如*OOH、*OH）的吸附能力，从理论层面解释了催化活性的大幅提升机制。
图3. DFT 理论计算揭示的自由能台阶图、PDOS变化、电荷分布图及机理示意图
该研究创新性地利用NaCl/ZnCl₂双盐策略，在原子尺度实现了对Zn配位中心电子结构与局域配位环境的精准调控。通过Na诱导的局域电子极化效应与Cl调控的轴向配位协同作用，成功激活了本征“电子惰性”的Zn活性中心。这一“双盐调控”策略不仅为突破非贵金属催化中心电子惰性提供了新的研究思路，也为开发低成本、高性能、可规模化制备的能源转换与储能材料开辟了新路径。
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ta/d6ta01385f
人物简介：
董立峰，青岛科技大学特聘教授，美国Hamline University讲席教授。2005年毕业于美国波特兰州立大学（Portland State University），获物理学博士学位。2009年入选山东省“泰山学者海外特聘专家”，现为美国电气与电子工程师协会（IEEE）高级会员。长期从事碳基纳米功能材料、新能源材料与器件研究，重点开展其在半导体、锂离子电池、锌空气电池、燃料电池、超级电容器、太阳能电池及生物医学等领域的应用研究。在《Advanced Functional Materials》《Nano Energy》《ACS Nano》《ACS Catalysis》《Chinese Journal of Catalysis》《Chemical Engineering Journal》等国内外高水平学术期刊发表论文400余篇，研究成果在新能源与功能材料领域具有广泛影响。
于立岩，青岛科技大学教授，博士生导师。2009年毕业于青岛科技大学材料科学与工程学院，获材料学博士学位。长期从事新能源材料与电化学储能技术研究，在电池材料、催化材料及能源转化领域取得了系列创新成果。在《Advanced Functional Materials》《Nano Energy》《Chemical Engineering Journal》等国内外高水平学术期刊发表论文200余篇。作为项目负责人，主持国家自然科学基金面上项目2项，以及教育部科学技术研究重点项目、山东省教育厅科技计划项目和青岛市科技计划项目等多项科研课题，在新能源材料与储能技术领域具有丰富的科研与项目管理经验。
