近日，厦门大学董全峰教授课题组在锂氧气电池溶液相催化剂的研究中取得重要进展，相关研究成果以“Highly Reversible O2 Conversions by Coupling LiO2 Intermediate through a Dual-Site Catalyst in Li−O2 Batteries”为题发表在Advanced Energy Materials上（DOI: 10.1002/aenm.202001592）。

锂氧气电池以金属锂作为负极，空气中的氧气作为正极的活性物质，具有极高的理论能量密度。但是，这一体系目前仍存在着较多的问题，尚不能实现商业化应用。主要原因是其多相反应动力学迟滞和高活性中间产物LiO2引发严重的副反应，使得电池可逆性较低、循环寿命较短。该课题组长期致力于开展基于氧气电极方面的研究，前期通过对氧气电极的催化设计和结构设计，构筑了一系列固、液相催化剂，针对性地改善了以上问题，从而显著提升了锂氧气电池的电化学性能（Chem, 2018, 4, 2685−2698; Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1800089; Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9765−9768; ACS Catal., 2018, 8, 7983−7990）。

该工作则在先前研究的基础上进一步开展氧气电极液相催化研究，首次将具有双位点（路易斯酸碱对）的亚碘酰苯（PhIO）有机小分子应用作为锂氧气电池的溶液相催化剂。结合实验和理论计算结果发现，基于该具有双位点活性的溶液相催化剂构筑了新型固/液接触界面，大幅改善了反应动力学，并通过其I3+=O2−（双位点）有效俘获LiO2物种，形成LiO2-3PhIO中间产物，抑制了副反应；相对于传统的两电子直接分解途径，提供了一条更加可逆且动力学更加有利的反应途径，从而提升了锂氧气电池的可逆性，大大延长了电池的循环寿命。

该工作在董全峰教授和郑明森副教授的共同指导下完成。2015级iChEM博士生林晓东（已毕业）和2018级博士生孙宗强为论文的共同第一作者。理论计算部分由袁汝明副教授完成，唐淳（2015级iChEM博士生，已毕业）、徐攀（2017级博士生）、崔学阳（2018级博士生）等参与了部分工作。周志有教授和洪宇浩博士在微分电化学质谱方面提供了积极的帮助与支持。另外，感谢于腊佳老师在电子顺磁共振实验上的帮助，苏海胜、朱礼林和冯慧姝在拉曼光谱测试上的帮助以及陶丹丹在紫外可见光谱测试上的帮助。该工作得到了国家自然科学基金委（项目批准号：U1805254, 21673196, 21703186, U1705255, 21773192）的资助。

来源：厦门大学

论文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202001592