电催化氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）是电化学能量转换装置（如燃料电池和金属-空气电池）的关键，OER&ORR的多步骤电子转移过程和缓慢动力学会产生较大的过电位，严重降低了反应效率。目前，贵金属Ru（Ir）基和Pt基催化剂是目前高效的OER和ORR电催化剂，但贵金属催化剂的稀缺性、不菲的价格以及差强人意的稳定性阻碍了其广泛的应用。因此，在保证高性能的前提下，开发廉价、高效的非贵金属催化剂，其重要性不言而喻。杂原子掺杂及过渡金属杂化的碳材料可以被认为是促进氧还原反应（ORR）缓慢动力学最有希望的非贵重金属候选物。然而，如何提升有效活性位点利用率一直是一个挑战。

广州大学刘兆清团队提出了种双金属量子点耦合杂原子掺杂碳材料的设计策略。通过采用简单的方法将量子点CuCo2O4修饰到N-CNTs 成功制备了双功能的复合材料CuCo2O4/N-CNTs，金属组分的量子尺寸效应可以有效的增加催化剂活性比表面积、催化反应位点。Cu2+可以有效调节尖晶石B位金属和杂原子碳的电子态结构。在动力学和传质过程方面，CuCo2O4 合金和N-CNT 之间具有强烈的协同作用，使得催化剂表现出更好的ORR活性和更高的四电子选择性。在锌空气电池测试中，CuCo2O4/N-CNTs在空气环境中放电峰值功率密度达到83.83 mW cm-2和1.86 W g-1。这项工作不仅显示了CuCo2O4/N-CNTs的良好可逆氧催化性能，而且更为金属耦合碳材料电催化剂设计提供了新的视角。相关工作发表在Adv. Funct. Mater.上(Cu-Co Bimetallic Oxide Quantum Dot Decorated Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes: A High-Efficiency Bifunctional Oxygen Electrode for Zn–Air Batteries)。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201701833