研究概述

设计具有定制结构组成和阳离子分布的尖晶石纳米晶（NCs）对于优异的催化性能至关重要，但由于其复杂的性质而极具挑战性。

基于此，2024年10月22日，南开大学陈军院士、严振华副研究员在国际期刊Advanced Materials发表题为《Single-Nanometer Spinel with Precise Cation Distribution for Enhanced Oxygen Reduction》的研究论文。

在这里，通过仔细研究控制尖晶石NC形成的基本成核和聚集驱动的生长动力学，作者提出了一种限制聚集生长的热注入方法，以应对这一挑战。

通过控制生长过程中原子核的碰撞概率，该方法能够合成前所未有的单纳米（1.2 nm）尖晶石NCs。

通过这种方法制备的单纳米CoMn2O4尖晶石具有高度定制的结构，最大化了高度活跃的八面体Mn原子的数量，从而促进了氧还原反应（ORR）过程中氧中间体的吸附。

因此，它在ORR中表现出0.88 V的显著半波电位，并在锌-空气电池中产生优异的功率密度（170.9 mW cm-2），优于商业Pt/C和大多数报道的尖晶石氧化物，揭示了清晰的结构-性能关系。

这种结构设计策略易于适应各种尖晶石结构的精确合成和工程，为开发先进的电催化剂和储能材料开辟了新途径。

图文解读

图1：合成过程中控制生长条件

图2：不同尺寸尖晶石的结构表征

图3：ORR和锌-空气电池的性能

文献信息

Single-Nanometer Spinel with Precise Cation Distribution for Enhanced Oxygen Reduction, Advanced Materials, 2024. https://doi.org/10.1002/adma.202413141.