金属-氧气电池中调控超氧化物稳定性实现大幅增强的固体催化剂氧还原反应活性

• 作者: 王华 刘亮亮 刘肖 贾瑜 张鹏 赵勇
• 来源期刊: 中国科学:材料科学(英文版)
• 学科: 工学
• 关键词: 氧还原反应 超氧化物 固体催化剂 锂氧电池 助催化剂 电化学性能 蒽醌衍生物 吸电子基团
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 页码范围: 870-879
• 页数: 10页
• 分类号: TM9

摘要

单电子或双电子氧还原反应(ORR)是非质子型金属-氧气电池的关键过程,其中超氧化物中间体或产物(O_(2)^(-),LiO_(2),NaO_(2)等)的稳定性决定了催化剂的ORR活性/稳定性和电池的整体性能.然而,超氧化物具有高反应活性的特点导致其稳定性难以调控.本文将蒽醌衍生物作为助催化剂,成功实现了超氧化物稳定性的调控.在ORR过程中,该助催化剂首先吸附固体催化剂表面生成的超氧化物,并将其转移至电解液中.研究发现,含吸电子基团的1,4-二氟蒽醌(DFAQ)对超氧化物的吸附强度最高,能最大程度地将LiO_(2)稳定在电解液中,从而大幅提高了表面ORR的反应速率和稳定性.这一结果证明助催化剂对LiO_(2)吸附能的强弱对ORR的活性/稳定性具有重要影响.以锂氧电池作为金属-氧气电池的模型器件,发现DFAQ分子的引入能够显著提高电池的容量、倍率性能和循环稳定性.本工作有助于深入理解ORR反应机制和提高金属-氧气电池的电化学性能.