近日，学院国家低碳环保材料智能设计国际联合研究中心邵国胜教授团队沈永龙副教授课题组在国际顶级期刊《Advance Science》（IF=16.8）发表题为“In Situ Monitored (N, O)-Doping of Flexible Vertical Graphene Films with High-Flux Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition for Remarkable Metal-Free Redox Catalysis Essential to Alkaline Zinc–Air Batteries”的原创性研究论文。邵国胜教授和沈永龙副教授为论文共同通讯作者，博士研究生武智恒和于玉然为论文第一作者，郑州大学材料科学与工程学院为论文第一作者单位和通讯单位。

可充电锌-空气电池（ZABs）作为一类代表性先进清洁能源转换与储存器件，因其丰富的锌储量、高理论能量密度（1086 Wh/kg）和本身固有的安全性而受到国际研究领域的广泛关注。然而，由于阴极放电和充电过程中发生的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）其固有的反应动力学迟缓特点，阻碍了可充电ZABs的产业化进程。为解决以上问题，商业上通常使用Pt、Ru、Ir基催化剂加快阴极催化反应，但其使用的阴极贵金属催化剂价格昂贵、资源匮乏。因而，设计和制备高效、成本低廉的新型阴极催化剂，是目前该领域的研究热点。

研究团队依托自主研发的高通量等离子体化学气相沉积系统（HPECVD, Advanced Materials Interfaces 2020, 7, 2000854），通过引入原位等离子体诊断系统，对等离子体参数和基团成分进行实时在线检测和调整。在准确把控等离子体参数和基团成分与薄膜生长机制与成键情况的基础上，构建直立有序直立石墨烯纳米结构，实现了一步法制备无金属氮（N）、氧（O）共掺杂直立石墨烯催化剂（VGNO）。以其为催化剂组装的液态/固态ZABs在综合性能方面均超过商业Pt和Ru基ZABs，为开发非金属ORR、OER催化剂提供了理论和实验设计思路，推动能源转换与储存器件向低成本、资源可持续发展和环境友好方向发展。

近年来，该团队以直立石墨烯的HPECVD制备为基础先后在电催化氧还原反应（Journal of Materials Chemistry A 2020, 8, 23248），钠离子电池（Energy & Environmental Materials 2021, 5, 285），锂硫电池（Energy Storage Materials 2020, 27, 159；InfoMat 2021, 3, 790；InfoMat 2022，DOI：10.1002/inf2.12294；Energy Storage Materials 2020，）等课题开展了一系列创新性工作，受到同行广泛关注。

该工作受到国家自然科学基金、科技部973子课题、河南省重点研发与推广专项等项目支持。（供稿：武智恒）

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202200614