吴忠帅课题组ACS Catalysis: 比容量高达35583 mAh g-1！Li-O2电池的高效氧催化剂

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设计具有良好形状和高活性晶面的氧催化剂对提高锂氧电池的催化性能具有重要意义，但也具有一定的挑战性。近日，中科院大连化物所吴忠帅课题组通过面工程在石墨烯上制备具有(101)晶面的超薄Mn₃O₄纳米片(NS)(Mn₃O₄ NS/G)作为超高容量和长期稳定的高性能Li-O₂电池的氧催化剂。

为了突出特定暴露晶面的重要性，研究人员还使用类似的液相方法来制备具有大量(211)面暴露晶面的Mn₃O₄纳米颗粒(NP)锚定在石墨烯(Mn₃O₄ NP/G)上；Mn₃O₄ NS和Mn₃O₄NP催化剂主要分别暴露(101)和(211)晶面。各种表征结果表明，(101)表面的氧空位能显著提高催化活性，尤其是对充电反应。

因此，具有(101)面和富氧空位的Mn₃O₄ NS/G比石墨烯上的Mn₃O₄纳米颗粒提供更低的过电位。此外，Mn₃O₄ NS/G阴极具有超过1300 h的长期稳定性，在200 mA g^-1下的超高比容量高达35583 mAh g^-1，优于报道的大多数锰基氧化物。

实验结果和理论计算表明，Mn₃O₄ NS/G具有丰富的氧空位，并且Mn₃O₄(101)对Li₂O₂的吸附能比Mn₃O₄(211)低，表明在充电过程中Li₂O₂更容易分解，从而大大降低了锂氧电池的充电过电位。这种低成本、高效率、耐用的空气阴极催化剂将为锂氧电池的降解提供可靠的解决方案，并促进了对新型电化学储能系统的开发。

Two-Dimensional Mn₃O₄ Nanosheets with Dominant (101) Crystal Planes on Graphene as Efficient Oxygen Catalysts for Ultrahigh Capacity and Long-Life Li-O₂ Batteries. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02544

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