锂氧电池双功能氧催化剂取得新进展

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近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组（508组）吴忠帅研究员团队与包信和院士团队合作，在开发高效、稳定双功能氧催化剂方面取得新进展，该成果利用空间限域效应，在石墨烯表面集成了先进的氧还原（ORR）催化剂Pt和氧析出（OER）催化剂RuO2（Pt/RuO2/G），成功实现了优异的OER/ORR及锂氧气电池性能。

锂氧气电池因其可持续性、环保性和高达3500 Wh kg-1的超高理论能量密度而备受关注。然而，锂氧电池仍然面临着过电位不理想、倍率能力差、可循环性有限等具有挑战性的瓶颈，其商业化发展有限。因此，探索具有高活性、稳定性及可商业化的双功能氧催化剂是提升锂氧电池性能的关键，合理构建针对不同活性位点的双功能催化剂、协同提高锂氧电池的OER/ORR具有重要意义。

本工作中，该团队开发出一种具有显著活性和耐用性的二维多孔Pt/RuO2/G双功能电催化剂，获得的Pt/RuO2/G具有优异的双功能氧催化活性，OER/ORR电势差ΔE仅为0.633 V；以其作为正极催化剂构筑的锂氧气电池实现了超过220次（超过2200小时）的循环性能。理论计算结果表明，Pt/RuO2/G基锂氧电池中导电性的提高和对反应中间体吸附能的减弱，使电池具有较低的充电电压和长期可循环性。在高性能锂氧电池研究中，这种构筑二维超薄复合纳米片的策略将为合理设计高活性和耐用的双功能电催化剂提供新思路。

相关研究成果以“Spatially Confined Subnanometer Pt in RuO2 Nanosheet as Robust Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Stabilizing Li-O2 Batteries”为题，于近日发表在《化学催化》（Chem Catalysis）上。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。（文/图 李月娇）

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.checat.2023.100658