1.课题来源：本课题来自于广东省科技计划项目，资助方为广东省科技厅 。

    2.课题背景: 传统的能源利用方式所带来的资源短缺和环境污染等问题日益突出，在此背景下，新型绿色能源得到了迅猛发展。金属空气电池具有无污染、放电电压平稳、高比能、储存寿命长等优点，成为近年的研究热点之一。该电池以金属为阳极，以空气中氧气为阴极。与现有的铅酸、镍氢等电池相比, 具有更高的能量密度和比能量，甚至高于锂电池。然而，金属空气电池阴极缓慢的氧还原反应制约了整个电池的性能， 成为其商业化应用道路上的一个障碍。金属-空气电池最关键的部件是氧电极，氧还原(ORR)反应的催化剂对金属-空气电池的性能具有重要影响，Pt、Pd等贵金属都有优异的催化氧还原活性，兼具抗氧化、耐腐蚀和耐高温等特性。然而，贵金属资源稀少、价格贵， Pt/C的稳定性、易中毒失活、回收率低等问题严重妨碍金属空气电池商业化。因此，开发拥有优秀电催化氧还原活性的非贵金属催化剂来代替Pt/C成为解决金属空气电池商业化的关键，具有重要的实用意义。

    3.技术原理及性能指标： 本项目详细研究了钴酸镍基复合氧化物和氧化钴复合氧化物的可控制备及其ORR/OER性能，具体结论如下：（1）通过改进Hummers法制备出具有丰富活性位点的氧化石墨烯，将之作为载体，制备出不同掺杂量的氧化石墨烯与钴酸镍的复合催化剂，研究了石墨烯含量对催化剂性能的影响，筛选最佳的石墨烯含量。（2）研究了钴酸镍的形貌对氧还原性能的影响。通过合理选择水热反应溶剂，制备了具有不同纳米结构（纳米片，纳米板和混合物）的三维异质NiCo2O4-石墨烯复合催化剂。 其中，NiCo2O4纳米片状催化剂显示出增强的ORR活性，具有0.78 V的更大的半波电势，5.61 mA cm-2的更大的极限电流密度和63.1 mV的dec-1的更小的Tafel斜率。 当组装到便携式设备中时，基于NiCo2O4纳米片的Zn-空气电池具有相对较高的功率密度。（3）研究了Co和Ni的摩尔比对氧还原性能的影响。通过控制Ni与Co的摩尔比制备了具有不同组成的镍钴氧化物-石墨烯复合催化剂，其中NiCo2O4表现出增强的双功能电化学活性：半波电势较高，Tafel斜率较小，H2O2收率较低，接近4电子转移过程，且ORR稳定性较长，相对较低 OER在10 mA cm-2时过电位。多孔结构，丰富的缺陷氧以及适当的Ni3+/Ni2+和Co3+/Co2+的摩尔比的协同作用对这种优异的活性起了很大的作用。（4）对载体进行了改变，制备了N掺杂的多孔碳负载的钴酸镍催化剂。通过调节水热温度，构建了由互连的NiCo2O4纳米片和具有不同N含量的N掺杂碳组成的3D复合NiCo2O4-CN催化剂。NiCo2O4-CN-180催化剂具有较强的ORR活性，半波电势为0.81 V，极限电流密度为5.4 mA cm-2，电子转移数为3.90，Tafel斜率为61.3 mV dec-1，并以较小的过电势（383 mV）和Tafel斜率（53.5 mV dec-1）改善了OER性能。当组装到便携式Zn-空气电池中时，NiCo2O4-CN-180表现出与商用Pt/C和IrO2相当的性能。

    4.技术的创造性与先进性： 金属-空气电池具有较高的能量密度和比能量，其性能远优于传统电池和锂离子电池，是目前新能源电池领域研究的热点之一。本项目及时跟踪国内外同行最新研究成果，项目的研究内容和氧电极材料的选择具有新颖性。本项目同时对电极载体——石墨烯/碳材料和活性组分——非金属掺杂。通过非金属元素的改性，提高载体的稳定性和导电性；通过掺杂，调节钴酸镍晶体结构的原子和电子排布，提高导电性和氧还原特性；利用钴酸镍与载体复合产生的协同效应构筑性能优异的复合氧电极催化剂。

    5.技术的成熟程度，适用范围和安全性：本项目技术已经完成实验室研究，下一步可以进入中试环节。本项目研究的成果适应于新能源行业，尤其是金属空气电池电极材料的相关企业。本项目开发的制备氧电极材料的技术，属于常规的反应，环境安全，技术可控。

     6.应用情况及存在的问题：本项目为应用基础研究项目，项目获得授权发明专利3件，申请发明专利4件。我们将积极与相关企业联系，力图将科技成果产业化。同时我们也将于相关企业合作开发新型的金属空气电池电极材料。