近日，南開大學化學學院教授陳軍團隊項目“微納結構與電化學能源器件”獲得天津市自然科學一等獎。該項目屬于無機能源材料化學領域，在“尖晶石微納結構的可控制備與電催化性能”以及“微納結構電極材料的設計制備與電化學儲鋰/鎂性能”的研究方面有所突破，對研發新型高比能、大功率、長壽命電化學能源系統，推動化學及其交叉學科的發展具有重要意義。該系統應用于可充金屬鋰/鋅空氣電池，是目前循環壽命最長的高能量密度金屬鋅空氣電池，并具有高安全特性，有望成為下一代電動汽車的安全動力電池。

可充“金屬—空氣電池”以Li、Na、Mg、Al、Zn等輕質活潑金屬為負極，以碳、貴金屬或過渡金屬氧化物等構成的空氣電極為正極，放電時從空氣中獲取氧氣，充電時再釋放出氧氣，因此被譽為“可呼吸”電池。金屬空氣電池具有超高理論能量密度，電極活性物質廉價易得，特別是利用CO2作為活性材料來取代氧氣產生電能，意味著該電池系統有望在CO2富集的地方，如動物及人類聚集地、汽車尾氣、燃煤發電尾氣及火星探測等廣大領域，提供穩定的能量源泉，因此作為“下一代綠色高比能電池”而被看好。然而，金屬空氣電池實際性能受限于空氣電極氧還原/氧析出的反應動力學，需要使用電催化劑提高反應效率。鉑族貴金屬及其合金是催化活性和穩定性俱佳的電催化劑，但其價格昂貴，資源稀缺，規模應用難，需要研制廉價非貴金屬基替代材料。

尖晶石型氧化物是一類重要的功能材料，在電、磁、催化、能源等領域具有廣泛用途，也是潛在的金屬空氣電池電催化劑。該類化合物通常采用傳統的固相燒結法制備，需要高溫長時間加熱來克服擴散阻力和反應能壘，耗能耗時，雖然所得產物的結晶性能較好，但成分容易偏析，組成和形貌難以調控，粒徑大，比表面積小，反應活性低，限制了其在電催化、儲能等方面的應用。陳軍團隊針對傳統高溫固相法難以實現尖晶石室溫合成的難題，提出并建立了“還原-氧化-轉化結晶”新方法，發展了無機固體材料的合成方法學，室溫制備了高活性氧還原/析出電催化尖晶石納米晶；采用尖晶石材料代替Pt電極，應用于可充金屬鋰/鋅空氣電池，其中鋅空氣電池能量密度達到335Wh/kg，是目前循環壽命最長的高能量密度金屬空氣電池，有望成為下一代電動汽車的安全動力電池。

據了解，項目所提出的尖晶石納米晶制備新策略有利于綠色制備、新能源利用和節能減排，開發的尖晶石納米材料可替代鉑基催化材料，為研制高效廉價、新型大容量長壽命的金屬空氣電池提供了新思路。相關研究成果發表在NatureChem.（2011,3,79;2012,4,962）、NatureCommun.（2015,6,7345）、Angew.Chem.Int.Ed.（2015,54,4338）等學術期刊上，受邀在Chem.Soc.Rev.（2015，44，699）發表綜述；4項具有自主知識產權技術獲授權發明專利保護，2項專利已實施轉化。研究成果被美國科學院院士、德州大學JohnGoodenough，美國科學院院士、斯坦福大學HJDai教授，美國工程院院士、麻省理工學院KarenGleason教授，美國工程院院士、美國電化學會副主席、紐約大學石溪分校EstherS.Takeuchi教授，國際電化學權威學者英國南安普頓大學JohnROwen教授等在學術期刊正面引用與評價，被《中國科學基金》（2015第29卷第5期）作為亮點研究進展和封面成果進行介紹。項目成果有力地推動了無機能源材料化學的發展。