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?吉大徐吉靜AM：光輔助金屬空氣電池中MoS2 1d 納米管的加速受限傳質(zhì)

將太陽(yáng)能應(yīng)用于儲(chǔ)能電池系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)綠色和可持續(xù)發(fā)展方面面臨挑戰(zhàn)，然而，光輔助金屬空氣電池的有效進(jìn)展受到光正極上光生電子和空穴的快速?gòu)?fù)合的限制。

在此，吉林大學(xué)徐吉靜團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種具有有限傳質(zhì)的一維有序MoS₂納米管（MoS₂-ONT）用于延長(zhǎng)光生載流子的壽命，從而克服電子和空穴快速?gòu)?fù)合的挑戰(zhàn)。管狀密閉空間不僅可以促進(jìn)電荷載流子的有序分離和遷移，而且可以實(shí)現(xiàn)電荷的積累和氧分子的快速激活。MoS₂-ONT的凹面可以提高載流子分離能力，延長(zhǎng)載流子壽命。同時(shí)，有序的管狀密閉空間可以有效實(shí)現(xiàn)電荷、離子和氧的快速轉(zhuǎn)移。

在光照射下，光輔助鋅空氣電池實(shí)現(xiàn)了70 mW cm^?2的快速ORR動(dòng)力學(xué)，這是光輔助鋅空氣電池報(bào)道的最高值。此外，基于MoS₂-ONT的光輔助Li?O₂電池還表現(xiàn)出卓越的倍率性能和優(yōu)異的電池性能。

圖1. 制備流程及結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作揭示了光催化半導(dǎo)體催化劑由于結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致的性能差異。在光照射下，納米管狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了光生電子空穴對(duì)快速分離和轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)行為。此外，MoS₂-ONT表現(xiàn)出較高的表面光電壓，促進(jìn)更多的光生電子參與反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的催化效果。

研究表明，MoS₂-ONT實(shí)現(xiàn)了更快的ORR傳質(zhì)行為和更有利的ORR效率。更重要的是，MoS₂-ONT光電極表現(xiàn)出高功率密度和穩(wěn)定的催化活性，為光輔助鋅空氣電池系統(tǒng)中催化正極的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。因此，該研究對(duì)于制備智能便攜式設(shè)備和其他金屬空氣電池具有重要的實(shí)際意義。

圖2. 電池性能

Accelerated Confined Mass Transfer of MoS2 1d Nanotube in Photo-Assisted Metal-Air Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307790

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