近日，纺织新材料与先进加工全国重点实验室杨应奎教授团队在Science Bulletin上发表题为“Robust oxygen reduction electrocatalysis via dioxygen-bridged cobalt diatomic sites scaffolded by hierarchically porous nanoarchitectures”的研究论文（链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.03.010）。论文第一作者为研究生靳冉，通讯作者为崔逊教授、薛雯丹博士及杨应奎教授，武汉纺织大学为第一署名单位。
氧还原反应（ORR）是燃料电池与金属–空气电池等新型可持续能源技术的关键阴极反应，其动力学过程长期受制于Sabatier principle导致的吸附能线性标度关系。尽管碳基单原子催化剂（SACs）因其高原子利用率和明确活性中心而备受关注，但其“单位点”特性往往导致不同反应中间体（*OOH、*O、*OH）吸附能之间存在强耦合，限制了催化性能的进一步提升。同时，活性位点的精准构筑与高效暴露仍面临重大挑战。
图1. Co-O2-Co/HPCN的合成示意图及微观结构表征
针对上述瓶颈，研究团队提出同质双核大环配合物介导策略，在分级多孔碳纳米球载体上精准构筑了结构明确的双氧桥联钴双原子催化剂（Co-O2-Co/HPCN）。该材料通过均一分散的钴双原子位点与分级多孔碳骨架之间的协同作用，实现了电子结构与传质环境的双重优化。
图2. Co-O2-Co/HPCN催化剂中氧桥联钴双原子位点电催化ORR机制
电化学测试表明，该催化剂在碱性条件下表现出优异的ORR活性，其起始电位达到1.016 V、半波电位为0.916 V，显著优于商用Pt/C催化剂及多数已报道体系。同时，在连续运行35000 s后仍能保持96.6%的初始电流密度，展现出卓越的稳定性。基于该催化剂构建的锌–空气电池实现了192 mW cm−2的峰值功率密度和802 mAh gZn−1的高比容量，并在柔性准固态器件中展现出良好的应用潜力。理论计算与原位表征表明，独特的Co2-N4-O2双原子位点结构能够诱导氧分子由传统端位吸附向更优的侧位吸附构型转变，从而有效打破ORR反应中间体吸附能之间的线性关联，优化反应路径并显著加快反应动力学。
该研究通过“位点构筑–结构调控–性能评估–器件验证–机理解析”的系统性研究框架，深入阐释双氧桥联钴双原子位点在调控反应路径与突破标度关系中的关键作用。相关成果不仅为高效ORR催化剂的理性设计提供了重要理论依据，也为新一代清洁能源器件的发展奠定了坚实基础。
