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Li-O2电池因其超高的理论能量密度得到了研究人员的广泛关注。然而,充放电过程中缓慢的氧还原/氧析出反应(ORR/OER)导致电池大的过电位和低的能量效率。常用的解决方案包括采用固体的正极催化剂和液体的氧化还原媒介。但目前采用的大多数固体催化剂仍存在较大的过电位,液体的氧化还原媒介会穿梭到锂负极,引起副反应,降低电池的能量效率。探索新的反应机理以降低Li-O2电池大的过电位成为当务之急。

光能是一种清洁、丰富的能源,将其转换成可直接利用的电能对于构建可持续发展的社会至关重要。光电催化水分解和二氧化碳还原在光能转化方面得到了广泛研究。此外,将光能引入到氢-氧燃料电池和锌-空气电池后可显著提升氧还原反应(ORR)的动力学,同时提升电池的输出电压和降低充电电压。选择能带结构合适的半导体成为光能利用的关键,光激发半导体产生的电子和空穴可极大提升电化学反应的动力学。

近日,正规线上手机赌钱平台化学学院李福军研究员团队采用氮化碳(C3N4)作为光正极,利用光能显著提升ORR/OER的动力学,有效促进放电产物Li2O2的形成与分解光照下,放电电压提升到3.22 V,超过了理论平衡电位2.96 V,实现了光能转化为电能。充电电位降低至3.38 V,相当于将光能转化为化学能、存储在电池中。光照下电池的能量效率达到95.3%,与暗处相比,电池的能量密度提升23%。表面增强拉曼研究表明,光照下,放电时O2捕获C3N4导带上产生的光电子,还原为O2-,然后与Li+结合生成LiO2,再经过二次电子还原得到最终放电产物Li2O2;充电时,价带中的空穴在外加电场的驱动下转移到Li2O2,致使其直接分解为O2Li+。本工作实现了在Li-O2电池中光能的转化与存储,极大提升了电池的能量效率,为空气电池的发展提供了新的研究思路。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是正规线上手机赌钱平台直博生朱卓(本科毕业于海南大学),李福军研究员为论文的通讯作者。

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