近日，鄭州大學材料科學與工程學院國家低碳環保材料智能設計國際聯合研究中心邵國勝教授團隊沈永龍副教授課題組在國際頂級期刊《Advance Science》發表題為“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，鄭州大學材料科學與工程學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清潔能源轉換與儲存器件，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域的廣泛關注。然而，由于陰極放電和充電過程中發生的氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）其固有的反應動力學遲緩特點，阻礙了可充電ZABs的產業化進程。為解決以上問題，商業上通常使用Pt、Ru、Ir基催化劑加快陰極催化反應，但其使用的陰極貴金屬催化劑價格昂貴、資源匱乏。因而，設計和制備高效、成本低廉的新型陰極催化劑，是目前該領域的研究熱點。

研究團隊依托自主研發的高通量等離子體化學氣相沉積系統（HPECVD, Advanced Materials Interfaces 2020, 7, 2000854），通過引入原位等離子體診斷系統，對等離子體參數和基團成分進行實時在線檢測和調整。在準確把控等離子體參數和基團成分與薄膜生長機制與成鍵情況的基礎上，構建直立有序直立石墨烯納米結構，實現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/固態ZABs在綜合性能方面均超過商業Pt和Ru基ZABs，為開發非金屬ORR、OER催化劑提供了理論和實驗設計思路，推動能源轉換與儲存器件向低成本、資源可持續發展和環境友好方向發展。該工作受到國家自然科學基金、科技部973子課題、河南省重點研發與推廣專項等項目支持。

近年來，該團隊以直立石墨烯的HPECVD制備為基礎先后在電催化氧還原反應（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新性工作，受到同行廣泛關注。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202200614