侴术雷/王雷/黄扬InfoMat：基于钴基过渡金属氧化物催化剂的高性能锂氧电池

非质子锂氧 (Li-O₂) 电池具有极高的理论比容量，代表了很有前途的下一代储能系统。然而，其实际应用在很大程度上受到缓慢动力学的阻碍，导致高过电位和较差的循环性能。由于钴基过渡金属氧化物的高催化活性和良好的稳定性，它们被认为是最有可能的候选催化剂，有助于解决缓慢的动力学问题。

在此，温州大学侴术雷教授联合深圳大学王雷教授、黄扬等人综述了钴基过渡金属氧化物在Li-O₂电池中的引人注目的进展，重点关注了钴基过渡金属氧化物在循环过程中的作用。首先，作者介绍了Li-O₂电池中钴基过渡金属氧化物的最新先进设计策略，包括形态工程、协同效应（与碳材料、贵金属、金属氧化物、聚合物复合）、晶面效应、缺陷工程、表面/界面/掺杂工程等。

然后，总结了与传统和新型Li-O₂电化学系统（密封、固态及LiOH基Li-O₂电池）中钴基过渡金属氧化物催化过程相关的基本见解。

图1. Li-O₂电池中使用的Co₃O₄的典型形状和形态示意图

最后，作者总结了钴基过渡金属氧化物目前的局限性和未来的发展方向，这将有助于催化剂的合理设计和Li-O₂电池的实际应用。对于催化剂，应该在Li-O₂电池中重新审视ORR和OER，而不是简单地转移从水分解中获得的知识。目前仍缺乏对反应机理和催化演变的基本了解，这阻碍了高活性氧化物催化剂的发展，而揭示当前的反应机理仍取决于实验结果和理论计算。

为了验证机制，必须快速捕获反应中间体。此外，由于过度关注催化效果，往往会忽略催化剂的演变，因此需要关注在ORR和 OER过程中Co的价态是如何变化的。总之，机遇与挑战并存：Li-O₂电池作为一种变革性的能源技术，值得付出巨大的努力。

图2. 具有不同材料的Co₃O₄混合催化剂复合材料的示意图

Toward high-performance lithium-oxygen batteries with cobalt-based transition metal oxide catalysts: Advanced strategies and mechanical insights, InfoMat 2021. DOI: 10.1002/inf2.12260

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