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內(nèi)蒙古大學(xué)聯(lián)手「國(guó)家杰青」，最新Angew！

第一作者：Mingze Gao

通訊作者：郭自洋，王永剛，Yanchen Fan

通訊單位：內(nèi)蒙古大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)，中石油深圳新能源研究院

內(nèi)蒙古大學(xué)聯(lián)手「國(guó)家杰青」，最新Angew！

王永剛，復(fù)旦大學(xué)，物理化學(xué)，教授，博士生導(dǎo)師；主要從事鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰-硫電池、鋰-空氣電池等儲(chǔ)能器件和可穿戴柔性儲(chǔ)能器件的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

（信息來(lái)源：

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

論文速覽

近年來(lái)，由于錫陽(yáng)極具有超高安全性、低成本、無(wú)枝晶和高度可逆的特點(diǎn)，水系錫空氣電池引起了人們的極大興趣。然而，空氣陰極上的漿料氧還原/析氧反應(yīng)（ORR/OER）動(dòng)力學(xué)嚴(yán)重影響錫-空氣電池的性能。盡管已經(jīng)開發(fā)了各種先進(jìn)的催化劑，但這些錫-空氣電池的充電過(guò)電位（~1000 mV）仍不令人滿意。

本論文提出了一種新型的錫-空氣電池，該電池具有超低的充電電位，并且在光的輔助下展現(xiàn)出了極高的可逆性。

研究團(tuán)隊(duì)首次合成了鐵氧化物(Fe₂O₃)修飾的二氧化鈦(TiO₂)納米棒異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于錫-空氣電池的催化電極。這種核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)能有效促進(jìn)電化學(xué)中間體的轉(zhuǎn)化，并分離光激發(fā)的電子和空穴以促進(jìn)活性氧相關(guān)反應(yīng)過(guò)程。

通過(guò)密度泛函理論(DFT)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，Fe₂O₃@TiO₂/Ti不僅可以作為電催化劑改善氧還原/氧進(jìn)化反應(yīng)(ORR/OER)性能，還表現(xiàn)出卓越的光催化活性以促進(jìn)充電動(dòng)力學(xué)。因此，基于Fe₂O₃@TiO₂/Ti的錫-空氣電池在光照射下顯示出超低的過(guò)電位(約40 mV)、出色的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該研究為新型金屬-空氣電池的光助催化陰極設(shè)計(jì)提供了新的思路。

圖文導(dǎo)讀

圖1：TiO₂/Ti和Fe₂O₃@TiO₂/Ti的合成過(guò)程和表征。

圖2：Fe₂O₃@TiO₂/Ti、TiO₂/Ti和商業(yè)RuO₂催化劑的OER/ORR雙功能電催化活性。

圖3：Fe₂O₃@TiO₂/Ti光電極的光電化學(xué)(PEC)性能。

圖4：Fe₂O₃@TiO₂/Ti的能帶結(jié)構(gòu)和界面分析。

圖5：光輔助可充錫-空氣電池的性能。

圖6：Fe₂O₃@TiO₂/Ti和TiO2的密度泛函理論(DFT)計(jì)算。

總結(jié)展望

本研究成功構(gòu)建了一種新型的Fe₂O₃@TiO₂/Ti異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，并將其應(yīng)用于可充電錫-空氣電池，實(shí)現(xiàn)了超低的充放電過(guò)電位和長(zhǎng)達(dá)160小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)性能。這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅提高了光/電催化性能，還通過(guò)構(gòu)建強(qiáng)內(nèi)建電場(chǎng)有效促進(jìn)了電子/空穴的分離，抑制了載流子復(fù)合，顯著增強(qiáng)了Fe₂O₃@TiO₂/Ti催化劑的水氧化動(dòng)力學(xué)。

理論計(jì)算和相應(yīng)的電化學(xué)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了Fe₂O₃@TiO₂/Ti催化劑具有更快的OER/ORR動(dòng)力學(xué)和更高的電催化效率。這項(xiàng)工作不僅為設(shè)計(jì)新型金屬-空氣電池提供了寶貴的參考，也為光輔助催化電極的設(shè)計(jì)和應(yīng)用開辟了新的道路。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：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

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/28/10f5e92f30/

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