​南开李福军Angew：可溶性催化剂诱导Li-O2电池超氧化物歧化反应的新途径

Li-O₂电池因理论能量密度高而备受关注，但在放电和充电过程中，超氧化物（O₂^–）中间体的歧化会导致反应动力学缓慢和电压滞后。

图1. 基于RB的O₂^–的反应途径

南开大学李福军等将化学性质稳定的三(联吡啶)钌（RB）阳离子用作一种可溶性催化剂，以交替改变放电和充电过程中O₂^–的歧化途径及其动力学。研究显示，R可捕获O₂^–二聚体并促进其分子内电荷转移，还可将歧化反应的能垒从7.70 kcal mol^-1降低到 0.70 kcal mol^-1。这促进了放电和充电过程，同时减轻了与O₂^–和单线态氧相关的副反应。

图2. 动力学研究

实验显示，当与RuO₂催化剂偶联时，充电电压显著降低，并且可以有效地抑制由O₂^–和¹O₂引起的严重副反应。这使得采用RB和RuO₂的Li-O₂电池能够表现出0.72V的降低电压滞后和230次循环的延长寿命。总体而言，这项工作强调了O₂^–歧化的重要作用，并为高效Li-O₂电池提供了一种新的策略。

图3. 电化学性能研究

New Reaction Pathway of Superoxide Disproportionation Induced by a Soluble Catalyst in Li-O2 Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202315314