近日，浙江师范大学化材学院纳米催化与能源转化团队在国际知名学术期刊 Advanced Energy Materials在线发表研究论文“Closed-Loop Iodine-Oxygen Electrochemistry for High-Reversibility Neutral Zinc–Air Hybrid Batteries”（原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202503298）。该刊物是能源与材料科学领域最具影响力的刊物之一，为中科院分区一区Top期刊，最新影响因子为27.8。浙江师范大学为第一通讯单位，化材学院教师徐竹莹为通讯作者之一，2022级硕士研究生陈杰和2023级硕士研究生李婉芳为论文共同第一作者。

中性锌空气电池因其优异的枝晶抑制和抗碳酸化能力，在下一代储能系统中展现出巨大潜力，然而其实际应用受限于绝缘性放电产物的不可逆积累和缓慢的氧反应动力学所导致的高过电位。为了应对这一问题，该工作提出了一种基于闭环碘-氧循环机制的新型电化学反应路径，并设计制备了锚定于分级多孔碳基底的FeN纳米颗粒（FeN-HNPC）多功能电催化剂，用于同时催化氧还原反应（ORR）与碘氧化/还原反应（IOR/IRR）。实验表征与理论计算表明，该催化剂通过离子-界面协同效应有效调控反应路径，利用其独特的蜂窝状介孔-大孔分级结构构建空间限域反应微环境，可选择性容纳绝缘性放电产物碱式碳酸锌（ZHA），从而稳定固-液-气三相界面并促进电荷传输。引入的KI添加剂与中性Zn(OAc)₂电解液协同提升了离子电导率并抑制锌枝晶生长。在放电过程中，I3–还原产生的I–增强了ORR动力学，提高了放电电压；ORR产生的OH–进一步与电解液反应生成ZHA。在充电过程中，热力学更有利的低电位IOR主导过程，将I–再生为I3–，并分解ZHA释放OH–；所释放的OH–随后与I3–自发反应再生I–并析出O₂，从而降低充电电压。基于该协同机制，中性锌空气/碘杂化电池（ZAIBs）实现了低充放电电压差（640.1 mV）、高能量效率（54.0%）和超长循环稳定性（在2 mA cm–2下超过1800小时）。这项研究提出的“介质-催化剂”协同设计策略，为发展高性能中性金属空气电池提供了新路径。

纳米催化与能源转化团队近年来围绕能源电催化领域取得了一系列研究成果（Adv. Energy Mater. 2025, 15, 2402839；ACS Nano 2025, 19, 13414-13426；J. Energy Chem. 2025, 100, 792-814；Nat. Commun. 2024, 15, 1012；Coord. Chem. Rev. 2024, 506, 215723；Appl. Catal. B: Environ. Energy 2024, 352, 124060；Small 2024, 20, 2310526；Small Sci. 2024, 4, 2300094；Chinese Chem. Lett. 2024, 35, 108550；Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2204245）。这项工作是继上述研究工作基础之上，在电催化锌空气电池方面取得的又一重要进展。

相关研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省万人计划杰出人才项目、浙江省自然科学基金等经费资助。

编辑：张文潇