近日，
南開大學化學學院教授陳軍團隊專案“微納結構與電化學能源器件”獲得天津市自然科學一等獎。
該專案屬於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製備與電化學儲鋰/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。
該系統應用於可充金屬鋰/鋅空氣電池，
是目前迴圈壽命最長的高能量密度金屬鋅空氣電池，
並具有高安全特性，
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於空氣電極氧還原/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，
需要研製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。
該類化合物通常採用傳統的固相燒結法製備，
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，
提出並建立了“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，
室溫製備了高活性氧還原/析出電催化尖晶石納米晶；採用尖晶石材料代替Pt電極，
應用於可充金屬鋰/鋅空氣電池，
其中鋅空氣電池能量密度達到335 Wh/kg，
是目前迴圈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。
據瞭解，
項目所提出的尖晶石納米晶製備新策略有利於綠色製備、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，
為研製高效廉價、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Nature Chem.（2011, 3, 79； 2012, 4, 962）、Nature Commun.（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項具有自主智慧財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John Goodenough，
美國科學院院士、斯坦福大學HJ Dai教授，
美國工程院院士、麻省理工學院Karen Gleason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Esther S. Takeuchi教授，
國際電化學權威學者英國南安普頓大學John R Owen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。
專案成果有力地推動了無機能源材料化學的發展。
