近日，鄭州大學(xué)國家低碳環(huán)保材料智能設(shè)計(jì)國際聯(lián)合研究中心邵國勝教授團(tuán)隊(duì)沈永龍副教授課題組在國際頂級期刊《Advance Science》（IF=16.8）發(fā)表題為“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”的原創(chuàng)性研究論文。邵國勝教授和沈永龍副教授為論文共同通訊作者，博士研究生武智恒和于玉然為論文第一作者，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文第一作者單位和通訊單位。

可充電鋅-空氣電池（ZABs）作為一類代表性先進(jìn)清潔能源轉(zhuǎn)換與儲存器件，因其豐富的鋅儲量、高理論能量密度（1086 Wh/kg）和本身固有的安全性而受到國際研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，由于陰極放電和充電過程中發(fā)生的氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)（OER）其固有的反應(yīng)動力學(xué)遲緩特點(diǎn)，阻礙了可充電ZABs的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。為解決以上問題，商業(yè)上通常使用Pt、Ru、Ir基催化劑加快陰極催化反應(yīng)，但其使用的陰極貴金屬催化劑價(jià)格昂貴、資源匱乏。因而，設(shè)計(jì)和制備高效、成本低廉的新型陰極催化劑，是目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的高通量等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)（HPECVD, Advanced Materials Interfaces 2020, 7, 2000854），通過引入原位等離子體診斷系統(tǒng)，對等離子體參數(shù)和基團(tuán)成分進(jìn)行實(shí)時在線檢測和調(diào)整。在準(zhǔn)確把控等離子體參數(shù)和基團(tuán)成分與薄膜生長機(jī)制與成鍵情況的基礎(chǔ)上，構(gòu)建直立有序直立石墨烯納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一步法制備無金屬氮（N）、氧（O）共摻雜直立石墨烯催化劑（VGNO）。以其為催化劑組裝的液態(tài)/固態(tài)ZABs在綜合性能方面均超過商業(yè)Pt和Ru基ZABs，為開發(fā)非金屬ORR、OER催化劑提供了理論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，推動能源轉(zhuǎn)換與儲存器件向低成本、資源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好方向發(fā)展。

近年來，該團(tuán)隊(duì)以直立石墨烯的HPECVD制備為基礎(chǔ)先后在電催化氧還原反應(yīng)（Journal of Materials Chemistry A 2020, 8, 23248），鈉離子電池（Energy & Environmental Materials 2021, 5, 285），鋰硫電池（Energy Storage Materials 2020, 27, 159；InfoMat 2021, 3, 790；InfoMat 2022，DOI：10.1002/inf2.12294；Energy Storage Materials 2020，）等課題開展了一系列創(chuàng)新性工作，受到同行廣泛關(guān)注。該工作受到國家自然科學(xué)基金、科技部973子課題、河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)等項(xiàng)目支持。