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第一作者：Mingze Gao

通讯作者：郭自洋，王永刚，Yanchen Fan

通讯单位：内蒙古大学，复旦大学，中石油深圳新能源研究院

王永刚，复旦大学，物理化学，教授，博士生导师；主要从事锂离子电池、超级电容器、锂-硫电池、锂-空气电池等储能器件和可穿戴柔性储能器件的基础研究和应用基础研究。

（信息来源：

https://chemistry.fudan.edu.cn/9f/a2/c21901a237474/page.htm）

论文速览

近年来，由于锡阳极具有超高安全性、低成本、无枝晶和高度可逆的特点，水系锡空气电池引起了人们的极大兴趣。然而，空气阴极上的浆料氧还原/析氧反应（ORR/OER）动力学严重影响锡-空气电池的性能。尽管已经开发了各种先进的催化剂，但这些锡-空气电池的充电过电位（~1000 mV）仍不令人满意。

本论文提出了一种新型的锡-空气电池，该电池具有超低的充电电位，并且在光的辅助下展现出了极高的可逆性。

研究团队首次合成了铁氧化物(Fe₂O₃)修饰的二氧化钛(TiO₂)纳米棒异质结构，并将其应用于锡-空气电池的催化电极。这种核壳异质结构能有效促进电化学中间体的转化，并分离光激发的电子和空穴以促进活性氧相关反应过程。

通过密度泛函理论(DFT)和实验结果证实，Fe₂O₃@TiO₂/Ti不仅可以作为电催化剂改善氧还原/氧进化反应(ORR/OER)性能，还表现出卓越的光催化活性以促进充电动力学。因此，基于Fe₂O₃@TiO₂/Ti的锡-空气电池在光照射下显示出超低的过电位(约40 mV)、出色的倍率性能和良好的循环稳定性。该研究为新型金属-空气电池的光助催化阴极设计提供了新的思路。

图文导读

图1：TiO₂/Ti和Fe₂O₃@TiO₂/Ti的合成过程和表征。

图2：Fe₂O₃@TiO₂/Ti、TiO₂/Ti和商业RuO₂催化剂的OER/ORR双功能电催化活性。

图3：Fe₂O₃@TiO₂/Ti光电极的光电化学(PEC)性能。

图4：Fe₂O₃@TiO₂/Ti的能带结构和界面分析。

图5：光辅助可充锡-空气电池的性能。

图6：Fe₂O₃@TiO₂/Ti和TiO2的密度泛函理论(DFT)计算。

总结展望

本研究成功构建了一种新型的Fe₂O₃@TiO₂/Ti异质结构催化剂，并将其应用于可充电锡-空气电池，实现了超低的充放电过电位和长达160小时的稳定循环性能。这种异质结构不仅提高了光/电催化性能，还通过构建强内建电场有效促进了电子/空穴的分离，抑制了载流子复合，显著增强了Fe₂O₃@TiO₂/Ti催化剂的水氧化动力学。

理论计算和相应的电化学结果进一步证实了Fe₂O₃@TiO₂/Ti催化剂具有更快的OER/ORR动力学和更高的电催化效率。这项工作不仅为设计新型金属-空气电池提供了宝贵的参考，也为光辅助催化电极的设计和应用开辟了新的道路。

文献信息

标题：A Highly Reversible Sn-Air Battery Possessing the Ultra-Low Charging Potential with the Assistance of Light

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202407856

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