随着全球竞相脱碳，清洁能源储存成为核心挑战。当前电动汽车和可再生能源储存的主力锂离子电池面临价格昂贵、性能随时间下降、无法满足大规模应用所需范围和稳定性等极限。而金属空气电池虽理论上能存储更多能量，前景吸引人，但慢氧化学成为瓶颈，浪费能源且缩短电池寿命。

长期以来，氧气反应，即放电过程中的氧还原反应(ORR)和充电过程中的氧析出反应(OER)，被视为金属空气技术的最大障碍。若无快速、耐用的催化剂驱动这些过程，电池会失去效率并很快磨损。

为应对这一挑战，莫纳什大学研究人员开发出新型催化剂。化学与生物工程系团队发明了CoFe - 2DSA，这是一种由嵌入超薄多孔碳片的钴和铁制成的双金属单原子催化剂，可加速降低电池性能的氧反应。

测试中，使用CoFe - 2DSA的电池在数千次充放电循环里实现了更高的能量存储、更大的功率输出和卓越的稳定性。Parama Chakraborty Banerjee博士称，这些催化剂不仅解决了锌空气电池的关键瓶颈，其设计原理还可应用于燃料电池到水分解等其他清洁能源技术。

新型CoFe - 2DSA催化剂通过独特结构克服限制。研究人员利用熔盐辅助热解，将3D钴铁骨架转化为2D纳米片，暴露更多活性位点，形成微孔，改善电荷和质量传递。

锌空气测试证实其持久性能。作为锌空气电池正极，CoFe - 2DSA功率密度达229.6 mW/cm²，比容量达811.5 mAh/g，74天内循环次数超过3500次。密度泛函理论计算证实，通过氮掺杂协调的钴和铁原子优化了反应途径和电子转移，解释了其高效率。该材料经受超3500次循环考验，展现出对这类电池异常高的耐久性，对电网储能系统极具吸引力。

这一突破凸显了双金属单原子催化剂在下一代能源存储中的潜力。CoFe - 2DSA材料结合高导电性、氮掺杂和二维多孔结构，有望使金属空气电池更接近实际高性能应用。该研究已发表在爱思唯尔旗下《化学工程杂志》上。