面向新型储能与能量转换装置的快速发展，氧还原反应催化剂性能已成为制约锌空气电池等技术深入应用的关键因素之一。业内普遍认为，理想催化剂需要同时满足“三个要求”——活性高、寿命长、成本可控。但在研发实践中，高活性位点往往伴随结构不稳定或对反应中间体吸附过强等问题，循环衰减明显；而一味强化稳定性又可能牺牲反应动力学，形成“效率与耐久难兼顾”的矛盾。 针对该共性难题，袁凯、陈义旺等研究团队提出“多尺度协同”的杂化催化剂构型：以氮掺杂碳为载体骨架，构建原子级分散的铁—氮配位活性位点，同时引入一定量铁纳米颗粒，并将富含氧空位的纳米氧化铈嵌入其中，形成FeSA-FeNP/CeO2@NC复合体系。研究显示，氧化铈并非仅作为惰性载体存在，其氧空位与界面电荷转移会引发电子重新分布；通过强金属—载体相互作用进一步调控铁—氮位点的电子结构，降低其电子密度，从而优化反应路径与吸附能，在动力学与稳定性之间取得更好平衡。 从原因分析看，传统Fe-N-C类催化剂被视为替代贵金属的重要方向，但在长期循环中，活性位点可能发生结构重构、碳载体腐蚀或金属迁移聚集等现象，导致不可逆衰退。该研究在界面引入具有可逆氧存储/释放特征的氧化铈纳米颗粒，并利用其丰富的氧空位对局部电子态进行“再平衡”，相当于为关键活性位点提供更稳定的化学环境；同时，铁纳米颗粒与单原子位点的共存也有助于形成多层次反应界面，提升整体电荷传输与协同反应效率。换言之，这一方案以“界面工程+缺陷工程”为核心，从材料层面为抑制衰减提供了较为系统的思路。 从影响层面看，实验数据表明，该催化剂在碱性介质中的半波电位达到0.925伏，表现出较强的氧还原反应催化能力；在加速耐久测试中，经历1万次与2万次循环后性能负移幅度分别约为1%和2.8%，稳定性优势明显。应用到锌空气电池后，其峰值功率密度达到310.29毫瓦每平方厘米，并实现超过600小时的稳定运行。上述结果意味着，在不依赖高成本贵金属的前提下，通过结构与界面协同设计，有望同时提升电池输出能力与服役寿命，为有关技术走向规模化应用提供了实验依据。 从对策建议看，后续研发可沿三条路径推进：一是进一步量化氧空位浓度、界面电荷转移强度与催化性能之间的对应关系，形成更可预测的材料设计准则；二是面向工程应用，优化合成路线与批次一致性，兼顾成本、产率与可加工性，推动从“实验室性能”向“可制造性能”转化；三是加强真实工况下的综合评估，包括电解液复杂环境、温湿度波动、长时间启停等条件下的衰减机理研究，为系统级可靠性设计提供依据。 从前景判断看，随着可再生能源并网比例提升与分布式储能需求增长，安全、低成本、高能量密度的电化学体系受到更多关注。锌空气电池因理论能量密度高、材料资源相对丰富，被认为是重要方向之一。氧还原催化剂的性能突破不仅影响单一器件指标，也可能带动空气电极、双功能催化与电池系统集成的整体升级。该研究揭示的“氧化铈可同时提升活性与稳定性”的作用机制，为构建新一代电催化材料提供了可迁移的设计思路，也为其他能量转换体系的催化剂优化提供参考。
从材料微观结构与界面电子调控入手，将分散的活性位、可调的氧空位与稳定的支撑网络协同起来，是提升电催化性能的重要路径之一。随着机理认识更清晰、制备工艺优化，更高效、更耐久、成本更可控的催化材料有望为锌空气电池等清洁能源器件提供关键支撑，推动能源转换与储存技术持续提升。