金屬空氣電池因其原材料豐富、能量密度高、輕便、安全環(huán)保等優(yōu)點，被稱為21世紀(jì)最具開發(fā)前景的綠色能源之一。尋找高性價比的氧還原催化劑是開發(fā)金屬空氣電池的關(guān)鍵難題，也是制約金屬空氣電池在電動汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的“瓶頸”。

日前，南開大學(xué)王衛(wèi)超教授、美國休斯敦大學(xué)姚彥教授聯(lián)合研究團(tuán)隊，成功將錳基莫來石材料作為催化劑應(yīng)用于鎂空氣電池。相較于傳統(tǒng)貴金屬催化劑，該材料使成本大幅降低，且可在中性電解液中穩(wěn)定工作，其優(yōu)越的催化活性也極大提高了鎂空氣電池的效率。這是莫來石材料首次在氧還原反應(yīng)中得到應(yīng)用。

莫來石是一類陶瓷材料。四年前王衛(wèi)超在實驗中發(fā)現(xiàn)，將一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮的過程中，錳基莫來石材料表現(xiàn)出優(yōu)良的催化效果。他預(yù)測，涉及到和氧相關(guān)的催化過程，莫來石材料或許都可以應(yīng)用。基于這樣一個大膽的設(shè)想，王衛(wèi)超找到了具有豐富空氣電池研發(fā)設(shè)計經(jīng)驗的美國休斯頓大學(xué)姚彥教授，組成聯(lián)合研究團(tuán)隊。經(jīng)過大量實驗和理論研究，他們終于成功將錳基莫來石材料首次應(yīng)用為鎂空氣電池的ORR催化劑，在中性溶液氯化鈉溶液中，實現(xiàn)ORR反應(yīng)過電勢達(dá)到0.78V，接近貴金屬鉑催化劑的性能(0.7V)，且材料穩(wěn)定性能優(yōu)于后者。

錳基莫來石催化劑的制備及理論性能預(yù)測由王衛(wèi)超教授課題組完成。姚彥教授課題組實現(xiàn)了應(yīng)用錳基莫來石催化劑的鎂空氣電池的設(shè)計，并試制出原型紐扣電池。原型電池的輸出電壓可以驅(qū)動一個紅色LED燈，說明催化劑具有著較好的催化活性，有著巨大的應(yīng)用潛力。該合作成果的論文已被國際著名學(xué)術(shù)刊物《Nano Energy》(《納米能源》)在線發(fā)表。