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侴術(shù)雷/王雷/黃揚InfoMat：基于鈷基過渡金屬氧化物催化劑的高性能鋰氧電池

非質(zhì)子鋰氧 (Li-O₂) 電池具有極高的理論比容量，代表了很有前途的下一代儲能系統(tǒng)。然而，其實際應(yīng)用在很大程度上受到緩慢動力學(xué)的阻礙，導(dǎo)致高過電位和較差的循環(huán)性能。由于鈷基過渡金屬氧化物的高催化活性和良好的穩(wěn)定性，它們被認為是最有可能的候選催化劑，有助于解決緩慢的動力學(xué)問題。

在此，溫州大學(xué)侴術(shù)雷教授聯(lián)合深圳大學(xué)王雷教授、黃揚等人綜述了鈷基過渡金屬氧化物在Li-O₂電池中的引人注目的進展，重點關(guān)注了鈷基過渡金屬氧化物在循環(huán)過程中的作用。首先，作者介紹了Li-O₂電池中鈷基過渡金屬氧化物的最新先進設(shè)計策略，包括形態(tài)工程、協(xié)同效應(yīng)（與碳材料、貴金屬、金屬氧化物、聚合物復(fù)合）、晶面效應(yīng)、缺陷工程、表面/界面/摻雜工程等。

然后，總結(jié)了與傳統(tǒng)和新型Li-O₂電化學(xué)系統(tǒng)（密封、固態(tài)及LiOH基Li-O₂電池）中鈷基過渡金屬氧化物催化過程相關(guān)的基本見解。

圖1. Li-O₂電池中使用的Co₃O₄的典型形狀和形態(tài)示意圖

最后，作者總結(jié)了鈷基過渡金屬氧化物目前的局限性和未來的發(fā)展方向，這將有助于催化劑的合理設(shè)計和Li-O₂電池的實際應(yīng)用。對于催化劑，應(yīng)該在Li-O₂電池中重新審視ORR和OER，而不是簡單地轉(zhuǎn)移從水分解中獲得的知識。目前仍缺乏對反應(yīng)機理和催化演變的基本了解，這阻礙了高活性氧化物催化劑的發(fā)展，而揭示當(dāng)前的反應(yīng)機理仍取決于實驗結(jié)果和理論計算。

為了驗證機制，必須快速捕獲反應(yīng)中間體。此外，由于過度關(guān)注催化效果，往往會忽略催化劑的演變，因此需要關(guān)注在ORR和 OER過程中Co的價態(tài)是如何變化的?？傊?，機遇與挑戰(zhàn)并存：Li-O₂電池作為一種變革性的能源技術(shù)，值得付出巨大的努力。

圖2. 具有不同材料的Co₃O₄混合催化劑復(fù)合材料的示意圖

Toward high-performance lithium-oxygen batteries with cobalt-based transition metal oxide catalysts: Advanced strategies and mechanical insights, InfoMat 2021. DOI: 10.1002/inf2.12260

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