化石能源的大量使用帶來了嚴重的環(huán)境污染和能源危機。可以預見，在不久的將來，人類社會的能源利用方式將從有限的碳基化石能源轉換到無盡的可再生能源。燃料電池和金屬空氣電池在這類能源轉換中扮演著重要的角色。當前，燃料電池中一直使用的是昂貴的Pt催化劑；據(jù)報道，Pt催化劑占到整個燃料電池成本的20%左右，這是導致這類高效能源器件尚未得到大規(guī)模使用的重要原因之一。因此，發(fā)展具有高活性和穩(wěn)定性的低成本電催化材料依然具有極大挑戰(zhàn)。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員王家成和中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員楊明輝（共同通訊作者）聯(lián)合英國愛丁堡大學教授J.PaulAttfield（共同通訊作者）和印度理工學院教授TijuThomas發(fā)現(xiàn)鋯基材料表現(xiàn)出可取代貴金屬Pt催化劑的巨大潛力。Pt金屬儲量非常稀少，價格非常昂貴，高達約300元每克；相比較，Zr金屬儲量豐富，價格僅為Pt的1/700。該研究成果近日發(fā)表在國際期刊NatureMaterials上（doi:10.1038/s41563-019-0535-9），論文題目為ZirconiumNitrideCatalystsSurpassPlatinumforOxygenReduction。王家成作為該論文的共同第一作者，參與了實驗設計、數(shù)據(jù)分析、機理挖掘等重要工作。上海硅酸鹽所副研究員馬汝廣參與了該工作。

在該研究中，科研人員采用一種溫和的urea-glass方法，在更低的溫度下制備出了高活性ZrN納米顆粒，研究表明其具有比肩商用Pt催化劑的活性。此外，ZrN還表現(xiàn)出了比Pt更優(yōu)異的長期使用穩(wěn)定性。在實際的鋅空氣電池測試中，商用Pt催化劑使用一段時間后性能衰減明顯；而ZrN催化劑性能衰減要緩慢很多。未來，該研究團隊將進一步和產業(yè)界合作，努力將該實驗室研究成果轉換成實際的創(chuàng)新產品，這將有助于清潔能源的大規(guī)模使用，并有望為解決能源危機和環(huán)境污染問題作出貢獻。

ZrN結構及形貌表征

ZrN與商用Pt/C的電催化性能對比（堿性體系）

分別使用ZrN和Pt/C催化劑的鋅空氣電池性能對比