本报讯（记者王敏 通讯员施培松）安徽理工大学教授张雷团队构筑出一种具有层级多孔结构的氮/硫共掺杂碳纳米反应器，并证明这种完全不含金属的催化剂能在铝空气电池中实现卓越的氧还原性能。相关研究成果近日发表于《能源与环境科学》。

开发无金属、高活性、长寿命的催化材料，一直是领域内的核心挑战。常规碳材料虽然具有氧还原潜力，但结构封闭、孔道不畅，导致真正能参与反应的活性位点利用率很低。而团队构筑的无金属纳米反应器拥有超高比表面积，并且材料内部构建有微孔-介孔-大孔连续贯通的层级孔道网络。

“可以理解为我们给反应器开了许多窗子，把原本隔开的房间全部连通，让氧分子能够快速进入并自由穿梭，从而大幅提高反应效率。”张雷介绍，得益于这一结构，该无金属催化剂在碱性与酸性体系中均表现出优异的氧还原活性，整体性能优于同类无金属催化剂，展现出良好的介质适应性与应用潜力。

值得关注的是，该催化剂的活性位点具有“动态演化”能力。团队结合原位表征与理论计算发现，材料内部原有的“硫-碳-氮”结构会在反应过程中发生重排，逐步转变为一种更有利于反应的新构型。这一结构变化能够调控碳原子的电子环境，使氧还原反应中关键的中间体转化更加顺利，并显著降低反应能垒。

该研究表明，无金属材料同样可以实现高效氧催化，为未来高性能、低成本、可持续的催化剂设计提供了新方向。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D5EE03645C