云博体育(YUNBO SPORTS)官方网站化学学院谢小英副教授和张敬波教授研究团队在Chemical Engineering Science发表题为“Highly dense graphene-supported NiFe dual-atom oxygen electrocatalysts with boosted bifunctional electrocatalytic performance for rechargeable zinc-air batteries”的论文。该工作以甲酰胺为碳氮源、氧化石墨烯为额外碳源，成功构筑高密度石墨烯负载NiFe双原子催化剂，同步实现高金属载量与原子级分散，显著提升可充电锌-空气电池的双功能氧电催化性能与长循环稳定性。

图 Ni_xFe_y DAC/N-GNs材料合成示意图

在碱性介质中，碳载单原子铁催化剂的氧还原活性可与商用Pt/C催化剂相媲美，但在氧析出反应过程中易生成导电性差的FeOOH中间产物，使其氧析出反应活性较差。研究表明，引入Mn，Ni，Zn等第二金属原子构建碳载双原子催化剂，可有效提高催化剂双功能氧电催化性能。然而，传统高温热解制备双原子催化剂的策略，极易引发金属组分高温团聚，严重损害催化剂的氧电催化性。

针对上述问题，本工作以甲酰胺和氧化石墨烯作为前驱体，甲酰胺发生自聚合可生成富氮配体，能够对Fe2+、Ni2+实现牢固配位；同时氧化石墨烯表面大量含氧官能团，既可促进甲酰胺自聚合过程，又可为金属离子提供充足锚定位点，有效抑制热处理过程中金属团聚现象。最终制备得到的催化剂实现3.72?wt%的原子级分散金属总负载量（Fe 3.0 wt%、Ni 0.72 wt%）。其中FeN4与NiN4位点分别作为ORR与OER活性中心，且Ni 2p与Fe 2p结合能的位移表明Ni、Fe原子间存在协同电子相互作用。

电化学测试结果表明，在0.1 M KOH碱性介质中，优化后的Ni3Fe13 DAC/N-GNs展现出优异的双功能氧电催化性能。氧还原半波电位高达0.90 V，优于商用Pt/C（0.83 V）及多种对比催化剂；氧析出反应在10 mA cm-2电流密度下过电位仅257 mV，优于RuO2（318 mV）及各对比催化剂。将Ni3Fe13 DAC/N-GNs用作空气阴极催化剂组装可充电锌-空气电池，电池开路电压可达1.54 V，接近理论值1.65 V；峰值功率密度高达223.5 mW cm-2，远优于Pt/C+RuO2对比电池（170.6 mW cm-2）；在10 mA cm-2电流密度下比容量达816.7 mAh gZn-1，能量密度高达918.2 Wh kgZn-1；在5 mA cm-2电流密度下可稳定充放电循环超过930小时，性能远超贵金属对比电池（其循环100小时后电压间隙即明显增大）。

该工作提出高密度双原子活性位点与导电石墨烯基底协同设计的材料开发思路：FeN4与NiN4位点分别承担ORR与OER催化，协同电子效应与高电化学活性面积共同提升了双功能催化性能。依托原子间协同电子效应以及较大的电化学活性面积，共同实现催化性能提升。该制备策略通用性强、具备放大制备潜力，为开发高金属载量、原子级分散的双原子电催化剂提供新路径，对高效能源转换与储能技术的发展具有重要参考意义。

论文第一作者为云博体育(YUNBO SPORTS)官方网站化学学院董佳敏，通讯作者为云博体育(YUNBO SPORTS)官方网站化学学院谢小英副教授和张敬波教授。本研究工作得到国家自然科学基金（22209121，21975183，5217222）及天津市青年科技人才培养计划（QN20230222）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2026.123333