郑大刘清朝/李中军Adv. Sci.: 单原子Ru引入Co3O4纳米片作为 Li-CO2电池的高效双催化剂

Li-CO₂电池因其超高的理论能量密度和固定CO₂的能力而受到广泛关注和研究。然而，放电/充电过程中缓慢的反应动力学严重限制了其发展。

因此，郑州大学刘清朝、李中军等提出了一种简便且环保的方法，即通过结合模板复制和阳离子交换策略，将Ru原子负载到碳布上生长的Co₃O₄纳米片表面(SA Ru-Co₃O₄/CC)，并将其成功用于Li-CO₂电池。

该合成方法仅以水为溶剂，煅烧条件容易达到(350℃，空气气氛)，大大降低了SASCs的合成成本和难度。

实验结果表明，3D结构的Co₃O₄纳米片阵列具有较大的比表面积和合适的孔隙，以促进电解质和反应物的传质，并提供足够的空间来存储放电产物(Li₂CO₃和C)。而原子分散的Ru物种作为活性位点调整了放电产物的成核行为，从而优化了它们的最终分布，这有利于充电过程中其后续分解。

密度泛函理论(DFT)计算表明，单原子Ru作为驱动力中心可以显着增强对关键反应中间体的内在亲和力，从而增强Li-CO₂电池中CO₂还原反应的反应动力学，最终优化放电产物的生长路径。

此外，Bader电荷分析表明，作为缺电子中心的Ru原子可以提高SA Ru-Co₃O₄/CC阴极对CO₂RR的催化活性。这项工作对新型SASCs的开发和Li-CO₂电池高效催化剂的设计具有重要意义。

Single-Atom Ru Implanted on Co₃O₄ Nanosheets as Efficient Dual-Catalyst for Li-CO₂ Batteries. Advanced Science, 2021. DOI: 10.1002/advs.202102550

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