近日，我院李延辉教授团队在国际知名期刊Applied Energy（IF=10.1，中科院1区）发表题目为“Pyridinic N–B Pair-Doped Carbon Microspheres with Refined Hierarchical Architectures for Rechargeable Zinc-Air Batteries”的研究论文。我院李延辉教授、皮信信博士和哈尔滨工业大学孙飞教授为共同通讯作者，青岛大学为第一完成单位，我院2022级硕士研究生陈文浩为第一作者。
金属-空气电池作为解决能源转换和储存问题的替代方案，其效率受到氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）缓慢反应动力学的制约。鉴于低储量、高成本铂基电催化剂使用的局限性，碳材料具有成本低、高机械强度、优良导热性和导电性以及轻质等优势，开发低成本、高效无金属碳基双功能电催化剂具有重要意义。为此，该工作通过硬模板法和物理活化法相结合策略，对碳基电极实现宏观-微米-纳米级多尺度结构调控，获得有序分级孔结构与表面氮硼共掺杂基团结构协同优化，并有效调控了活性位点分布和局域电子环境。相比大多数碳基电催化剂，制备的富有序分级孔氮硼共掺杂碳微球电催化剂在锌-空气电池中实现了更高的电催化活性（ORR：起始电位0.996 V，半波电位0.889 V；OER：10 mA cm−2下过电位384 mV）与稳定性（长航时连续充放电358 h）。此外，该工作通过密度泛函理论（DFT）模拟揭示吡啶型N-B配对在邻近N活性位点上的高效电子转移途径和OOH*吸附物种的转换机制，为设计和优化碳基电催化剂的多杂原子配组与有序分级结构提供了新见解。
李延辉教授团队长期专注于碳基功能材料开发及其在电池储能和水体污染治理应用研究，主要聚焦于碳基复合材料的结构设计、制备策略以及作用机制的深入揭示。在电池储能领域，团队已完成碳基无金属基氧析出（OER）电催化剂和氧还原（ORR）双功能电催化剂的模块化电极开发验证。部分相关成果成功应用于电池储能、城镇污水电催化氧化降解COD耦合制氢等领域。截至日前，团队硕士研究生陈文浩以第一作者在Applied Energy、Fuel上累计发表3篇中科院一区SCI论文：
[1] Fe7C3nanoparticles anchored on N-doped biochar as electrocatalyst for highly efficient oxygen evolution reaction.Fuel, 2024,358,130218.
[2] N-doped Pitch Assisted Local Interface Micro-environment Tailoring and Microcrystalline Regulation in Carbon Nanotube for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Fuel,2024,378,133014.
[3]Pyridinic N–B Pair-Doped Carbon Microspheres with Refined Hierarchical Architecturesfor Rechargeable Zinc-Air Batteries. Applied Energy, 2025, 377, 124511.