南开大学新晋「国家杰青」李福军团队，最新AM：MOF基光催化剂！

第一作者：Bo Wen

通讯作者：李福军，滑纬博

通讯单位：南开大学，西安交通大学

李福军，南开大学化学学院，研究员、教授，博士生导师，毕业于香港大学，湖北崇阳县人，国家杰出青年科学基金获得者（2023年）。

长期从事低成本钠离子电池和高比能金属空气电池。以第一或通讯作者身份，发表3篇PNAS、15篇Angew. Chem.、4篇JACS、1篇Nat. Commun.、2篇Adv. Mater.、2篇Adv. Energy Mater.等110余篇论文，获中国发明专利授权10项，主编了科学出版社《二次电池科学与技术》本科教材1部，参与制定了《锂空气电池电性能和安全性能要求及测试方法》团体标准。

滑纬博，西安交通大学特聘研究员，博士生导师，入选陕西省“秦创原引进高层次创新创业人才”、西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”。

截止目前，以第一/通讯作者（含共同）在Nat. Commun.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等国际知名期刊上发表学术论文20余篇。担任《eScience》等期刊的青年编委，主持和参与了国家自然科学基金、“中德博士后交流项目”、德国DFG、BMBF等项目。

论文速览

光辅助Li-O₂电池表现出高往返效率，这归功于光在氧还原和析出反应中产生的电子和空穴。然而，由电子和空穴之间的库仑相互作用产生的激子效应阻碍了载流子分离，从而阻碍了光能的有效利用。

本论文探讨了光辅助锂-氧气（Li-O₂）电池中激子解离为电荷载流子的问题。

研究团队利用卟啉基的金属-有机框架（MOFs）作为光催化剂，通过调控金属-氧簇来加速激子解离，从而提高电池的光电化学性能。实验结果表明，通过增强配体到金属簇的电荷转移（LMCT），可以有效促进激子解离，减少单线态氧的生成，并延长载流子的寿命，实现低过电位和稳定的电池循环。

图文导读

图1：FeNi-TCPP纳米棒的形态和尺寸，以及其在碳布上的均匀分布。

图2：FeNi-TCPP和Fe-TCPP的 (a) 紫外/可见吸收光谱，(b) UPS光谱，(c)能带结构，(d)瞬态光电流响应以及 (e) ^•O₂^–自由基和 (f) ¹O₂的EPR光谱。(g)^•O₂^–和¹O₂的生成示意图。

图3：(a) DOSs，(b) Fe 3d和Ni 3d轨道位置，以及 (c) FeNi-TCPP和 Fe-TCPP (001) 平面上电荷密度的等值线图。(d, e) 暗处和辐照下FeNi-TCPP的Fe 2p和Ni 2p的原位XPS光谱。(f) Fe-TCPP中的激子效应和FeNi-TCPP中的激子解离示意图。

图4：CC、FeNi-TCPP和Fe-TCPP在 (a) 辐照和 (b) 黑暗条件下的放电/充电曲线。(c) FeNi-TCPP和Fe-TCPP在辐照下的循环性能。

总结展望

本研究成功合成了卟啉基MOFs，并将其应用于光辅助Li-O₂电池的光阴极，通过调控金属-氧簇增强了LMCT，从而促进了激子的有效解离。

这一策略不仅提高了电池的放电电压，降低了充电电压，而且实现了高达92%的往返效率和在高电流密度下的稳定循环。这项工作为设计新型光辅助Li-O₂电池提供了重要的见解，并为延长电荷载流子的寿命提供了有希望的策略。

文献信息

标题：Exciton Dissociation into Charge Carriers in Porphyrinic Metal-Organic Frameworks for Light-Assisted Li-O2 Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202405440

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