詹怡副教授课题组在氧电催化领域发表综述：新型碳材料如何应对空气电极“氧化危机”？

随着可再生能源技术的快速发展，金属空气电池和燃料电池因其高理论能量密度、成本效益和环境友好特性备受关注。然而，空气电极中的碳基材料在氧催化（ORR/OER）的强氧化环境中易发生腐蚀，导致电极结构破坏、活性位点流失和导电性下降，严重制约了电池的循环寿命和商业化应用（图1）。如何有效缓解碳氧化成为提升能源器件性能的关键挑战。

图1 空气电极中的碳基材料在氧催化的强氧化环境中发生腐蚀的反应路径

近期，化工学院詹怡副教授课题组联合学院刘胜副教授及中山大学材料科学与工程学院阎兴斌教授团队在Advanced Functional Materials发表综述《Research and Progress in Mitigating Carbon Oxidation in Air Electrodes》，系统梳理了碳氧化机制及最新防护策略，为延长电池寿命提供了新思路（图2）。文章首先详细阐述了ORR、OER和COR的基本机制，特别是碳腐蚀对电池性能和循环寿命的负面影响，为理解碳腐蚀问题提供了理论支持，有助于深入理解碳材料在电化学过程中的行为。随后，文章从多个角度提出了缓解碳腐蚀的策略，包括：

• ‌碳基催化剂的改进‌：通过石墨化、活性位点管理、表面功能化修饰和耐腐蚀涂层等方法，提高碳基催化剂的抗腐蚀性能。

• ‌催化剂载体的创新‌：探索新型碳材料、高活性催化剂和非碳载体，以减少碳腐蚀。

• ‌保护集流体和导电添加剂‌：采用涂层改性、非碳基集流体等方法，增强集流体和导电添加剂的抗腐蚀能力。

文章最后指出了当前研究面临的挑战，如平衡高比表面积、高电导率和稳定性之间的矛盾，以及需要综合考虑电池系统中其他组件的相互影响。同时，文章也提出了未来研究的方向，包括开发更高效的催化剂、优化电池结构等，为未来的科研工作提供了有价值的参考。

图2 综述主要内容：多维度抗腐蚀策略体系

论文第一作者为化工学院22级硕士生范晋歌，通讯作者为詹怡副教授，刘胜副教授以及阎兴斌教授。该工作得到广东省基础与应用基础研究基金会（2023A1515010134，2022B1515120019）项目支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.202417580