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郑州大学刘清朝教授课题组Angew: 氧空位诱导电子巡游激活惰性电子链提升锂氧电池电催化性能

邃瞳科学云  · 公众号  ·  · 2025-03-16 12:59
    

主要观点总结

本文研究了基于氧空位(Vo)调控电子迁移的新策略,构建了单原子Ru修饰TiO 2 纳米棒阵列(Ru 1 -TiO 2-x ),有效打破惰性电子链,提高电催化性能。研究发现Vo可充当“电子泵”,触发电子巡游,Ru单原子则作为“电子缓冲器”,协同激活[Ru-O-Ti]电子链。该策略在Li-O 2 电池循环过程中实现了双向自调节特性,使得Ru 1 -TiO 2-x 电池表现出极低的充电极化电压和超长循环稳定性。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

锂氧(Li-O 2 )电池的理论能量密度高达3500 Wh kg -1 ,有望满足当代社会对可再生能源和高效储能系统日益增长的需求。然而,它们的实际实施仍然面临多步电荷传质和催化活性位点溶解的挑战,导致动力学迟缓和有限的循环寿命。

关键观点2: 研究创新点

本研究通过调控氧空位(Vo)和Ru单原子掺杂,实现了对TiO 2 纳米棒阵列的电子结构调控,有效提高了材料的电子导电性与反应活性。通过构建Ru-Ti双位点模型,揭示了Vo对金属-载体界面电子耦合的调控机制。结合密度泛函理论(DFT)计算,揭示了Vo和Ru单原子在平衡催化剂活性和稳定性方面的协同作用。

关键观点3: 研究结果

研究发现Vo可以作为一个临时电子储层,激活[Ru-O- Ti]电子途径,从而促进Ru-Ti双位点的氧化还原过程。Ru 1 -TiO 2-x 正极在锂氧电池中表现出超低充电电压间隙和高的能量效率。通过DFT分析,揭示了Vo与Ru-O-Ti活性单元的协同催化机制,优化了中间体吸附强度,降低了OER能垒。

关键观点4: 研究展望

本研究为高性能Li-O 2 电池的开发提供了新的策略和理论指导,为金属-空气电池领域的基础研究提供了新的思路和方法。


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