設(shè)計(jì)具有定制結(jié)構(gòu)組成和陽(yáng)離子分布的尖晶石納米晶（NCs）對(duì)于優(yōu)異的催化性能至關(guān)重要，但由于其復(fù)雜的性質(zhì)而極具挑戰(zhàn)性。

基于此，2024年10月22日，南開大學(xué)陳軍院士、嚴(yán)振華副研究員在國(guó)際期刊Advanced Materials發(fā)表題為《Single-Nanometer Spinel with Precise Cation Distribution for Enhanced Oxygen Reduction》的研究論文。

在這里，通過(guò)仔細(xì)研究控制尖晶石NC形成的基本成核和聚集驅(qū)動(dòng)的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，作者提出了一種限制聚集生長(zhǎng)的熱注入方法，以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

通過(guò)控制生長(zhǎng)過(guò)程中原子核的碰撞概率，該方法能夠合成前所未有的單納米（1.2 nm）尖晶石NCs。

通過(guò)這種方法制備的單納米CoMn₂O₄尖晶石具有高度定制的結(jié)構(gòu)，最大化了高度活躍的八面體Mn原子的數(shù)量，從而促進(jìn)了氧還原反應(yīng)（ORR）過(guò)程中氧中間體的吸附。

因此，它在ORR中表現(xiàn)出0.88 V的顯著半波電位，并在鋅-空氣電池中產(chǎn)生優(yōu)異的功率密度（170.9 mW cm^–2），優(yōu)于商業(yè)Pt/C和大多數(shù)報(bào)道的尖晶石氧化物，揭示了清晰的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。

這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略易于適應(yīng)各種尖晶石結(jié)構(gòu)的精確合成和工程，為開發(fā)先進(jìn)的電催化劑和儲(chǔ)能材料開辟了新途徑。

圖1：合成過(guò)程中控制生長(zhǎng)條件

圖2：不同尺寸尖晶石的結(jié)構(gòu)表征

圖3：ORR和鋅-空氣電池的性能

Single-Nanometer Spinel with Precise Cation Distribution for Enhanced Oxygen Reduction,?Advanced Materials,?2024.?https://doi.org/10.1002/adma.202413141.