La réaction de réduction de l'oxygène (ORR) est le processus électrode clé dans les nouvelles dispositifs de conversion d'énergie durable tels que les piles à combustible et les batteries métal-air, mais sa cinétique lente limite sévèrement les performances des dispositifs. Cette étude propose une stratégie d'assemblage d'interface médiée par des molécules de polydopamine (PDA) : par un assemblage synergique de Pluronic F127 (F127) et de chlorhydrate de dopamine (DA) sous la régulation moléculaire du 1,3,5-triméthylbenzène (TMB), une couche de revêtement PDA est construite à la surface des nanotubes de carbone (CNT@PDA), et après pyrolyse, une couche de coque carbonée poreuse hiérarchique (CNT@HPC) est obtenue. En outre, en utilisant le ligand bidenté 2,2'-bipyridine (bipy) pour chélation du précurseur cobalt, lors d'une seconde pyrolyse, les atomes individuels de cobalt sont ancrés de manière stable dans la matrice carbonée, préparant ainsi un catalyseur atomique isolé de cobalt à structure noyau-coquille poreuse hiérarchique (CNT@HPC-Co). L'étude montre que la structure électronique unique des sites atomiques de cobalt accélère considérablement la cinétique de l'ORR, tandis que le canal hiérarchique formé par le noyau CNT et la couche de coque carbonée poreuse favorise efficacement le transfert d'électrons et le taux de diffusion des intermédiaires oxygénés. Les tests électrochimiques montrent que CNT@HPC-Co atteint un demi-potentiel de 0,88 V dans une solution de KOH 0,1 mol/L (vers l'électrode à hydrogène réversible (RHE)), surpassant le Pt/C commercial et les catalyseurs non précieux similaires rapportés. De plus, ce catalyseur montre une densité de puissance élevée et une excellente stabilité cyclique dans les batteries zinc-air aqueuses et flexibles quasi-solides. Cette étude offre une nouvelle stratégie pour construire des catalyseurs ORR à faible coût et à haute activité via une conception synergique d'assemblage interfacial et de chimie de coordination atomique isolée.

Polydopamine; Assemblage d'interface; Structure noyau-coquille; Catalyseur atomique isolé; Réduction de l'oxygène