锌-空气电池因其高理论功率密度（1086 W h kg-1）、低成本和高安全性能而备受关注。然而，空气电极侧的电催化动力学缓慢问题是阻碍锌-空气电池发展和实际应用的瓶颈。铱（Ir）基催化剂已被报道为最具活性的析氧反应（OER）催化剂之一。众多学者已经做出了相当大的努力来提高Ir基催化剂的活性和稳定性。合成具有多孔结构的导电、耐腐蚀的理想载体，以及发展简便、可批量的方式用于生产纳米尺寸的Ir基催化剂，对Ir基催化剂具有重要意义。

中国科学院化学研究所李玉良研究员和黄长水研究员团队报道了一种简便、可大批量生产的无粘结剂空气电池正极（IrOx@GDY@CC），该电极是由IrOx纳米团簇通过原位生长于石墨炔修饰的碳纤维表面制备而成。该电极用于液态锌-空气电池和固态锌-空气电池时表现出优异的电化学性能，包括高功率密度、可逆的充放电行为和长期稳定的循环性能。相关成果以“Electronic reservoir regulation stabling IrOx as efficient cathode for solid-state zinc-air batteries”为题发表于《CCS Chemistry》。

该研究表明石墨炔（GDY）能够锚定金属，且其尺寸效应能够使金属暴露出更多的活性位点。此外，石墨炔与被锚定的金属之间的不完全电荷转移能够有效增强电极体系的电荷转移能力，从而实现电子的选择性和快速转移。因此，使用石墨炔作为电子储层构建IrOx基空气电极是解决Ir基催化剂构建金属-空气电池高性能电极问题的有效方法。

IrOx@GDY@CC电极表现出优异的电化学性能，这种优异的电化学性能归功于石墨炔作为电子储层在析氧反应中展现出高效的电子转移能力，从而能够有效调控IrOx纳米团簇中Ir的价态。此外，本工作实现了固态锌-空气电池的模块化，所制备的固态锌-空气电池在切割并重新组装的情况下，仍然能够展现出优异的电化学性能。本研究不仅发展了一种新型高效稳定的空气电极，而且推进了模块化固态锌-空气电池的研究和应用。

图1. IrOx@GDY@CC电极的制备与表征。

图2. IrOx@GDY@CC电极的结构分析。

图3. IrOx@GDY@CC电极析氧反应的电化学性能。

图4. 基于IrOx@GDY@CC电极的液态锌-空气电池的性能。

图5. 基于IrOx@GDY@CC电极的固态锌-空气电池的性能。

图6. X射线光电子能谱技术测试及机理研究。

https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.024.202403989