鋰氧氣電池以金屬鋰作為負(fù)極,空氣中的氧氣作為正極的活性物質(zhì),具有極高的理論能量密度。但是,這一體系目前仍存在著較多的問題,尚不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。 主要原因是其多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲滯和高活性中間產(chǎn)物LiO2引發(fā)嚴(yán)重的副反應(yīng),使得電池可逆性較低、循環(huán)壽命較短。該課題組長期致力于開展基于氧氣電極方面的研究,前期通過對(duì)氧氣電極的催化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),構(gòu)筑了一系列固、液相催化劑,針對(duì)性地改善了以上問題,從而顯著提升了鋰氧氣電池的電化學(xué)性能(Chem, 2018, 4, 2685?2698; Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1800089; Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9765?9768; ACS Catal., 2018, 8, 7983?7990)。
該工作則在先前研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展氧氣電極液相催化研究,首次將具有雙位點(diǎn)(路易斯酸堿對(duì))的亞碘酰苯(PhIO)有機(jī)小分子應(yīng)用作為鋰氧氣電池的溶液相催化劑。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),基于該具有雙位點(diǎn)活性的溶液相催化劑構(gòu)筑了新型固/液接觸界面,大幅改善了反應(yīng)動(dòng)力學(xué),并通過其I3+=O2?(雙位點(diǎn))有效俘獲LiO2物種,形成LiO2-3PhIO中間產(chǎn)物,抑制了副反應(yīng);相對(duì)于傳統(tǒng)的兩電子直接分解途徑,提供了一條更加可逆且動(dòng)力學(xué)更加有利的反應(yīng)途徑,從而提升了鋰氧氣電池的可逆性,大大延長了電池的循環(huán)壽命。
該工作在董全峰教授和鄭明森副教授的共同指導(dǎo)下完成。廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2015級(jí)iChEM博士生林曉東(已畢業(yè))和2018級(jí)博士生孫宗強(qiáng)為論文的共同第一作者。理論計(jì)算部分由袁汝明副教授完成,唐淳(2015級(jí)iChEM博士生,已畢業(yè))、徐攀(2017級(jí)博士生)、崔學(xué)陽(2018級(jí)博士生)等參與了部分工作。周志有教授和洪宇浩博士在微分電化學(xué)質(zhì)譜方面提供了積極的幫助與支持。另外,感謝于臘佳老師在電子順磁共振實(shí)驗(yàn)上的幫助,蘇海勝、朱禮林和馮慧姝在拉曼光譜測(cè)試上的幫助以及陶丹丹在紫外可見光譜測(cè)試上的幫助。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):U1805254, 21673196, 21703186, U1705255, 21773192)的資助。
論文鏈接: https://doi.org/10.1002/aenm.202001592
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