郑州大学刘清朝教授团队AFM：基于双向配位催化的Li-O2电池相转移催化剂：2-氨基吡啶

第一作者：黄梦瑶

通讯作者：刘清朝*，卢有彩*

单位：郑州大学

本研究提出了一种具有双向配位催化功能的相转移催化剂——2-氨基吡啶，克服了传统固态催化剂和液态氧化还原介质的局限性。其通过吡啶环的氮原子与锂离子形成静电作用，以及氨基中的氢原子通过氢键与氧化还原中间体相互作用，AP在放电过程中有效促进了Li₂O₂的溶液相沉积，并在充电过程中加速其分解。这种双向催化机制不仅增强了氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的动力学，还显著降低了过电位，为提升锂氧电池的能量效率和循环寿命开辟了新途径。

通过将AP引入电解液，研究实现了放电比容量达到36419 mAh g^-1、充电过电位降至0.29 V以及循环寿命超过2256小时的优异表现。与传统电解质添加剂相比，AP不仅优化了Li⁺的迁移，还抑制锂枝晶的生长并优化电极-电解液界面，展现出通过分子功能设计改善电池反应动力学和抑制副反应的潜力。

研究结合实验与高斯计算，深入揭示了AP分子中吡啶环氮原子与锂离子的静电作用及氨基与氧化还原中间体的氢键作用的本质，并量化了其在反应过程中自由能的变化。这种理论与实验的结合不仅明确了AP的调控机制，还为基于分子设计的催化剂开发提供了理论指导。

未来，基于相转移催化剂的液相添加剂设计有望在锂氧电池及其他电化学储能技术中发挥重要作用。进一步优化或者设计分子结构，例如引入新官能团或调整电子密度，进一步提升其催化效率和电池性能；同时探索液相催化剂与其他催化剂的协同作用，如纳米材料，以增强反应动力学和副反应抑制能力。此外，应加强对催化剂在实际电池应用环境中稳定性和长期性能的验证，并结合经济性与可持续性考量，开发低成本、环境友好的合成方案，从而推动其在高性能锂氧电池和绿色储能技术中的广泛应用。

Phase-Transfer Catalyst for Lithium-Oxygen Batteries Based on Bidirectional Coordination Catalysis: 2-Aminopyridine

刘清朝，郑州大学教授，博士生导师，河南省高层次人才，郑州大学能源化学研究所副所长。近年来一直致力于金属-空气电池领域的基础研究。先后主持完成国家自然科学基金面上/青年项目、河南省优青、中国博士后特助和面上基金、河南省博士后基金、郑州大学优秀青年基金等多项课题，以通讯/第一作者发在Nature Communications，Advanced Materials，Angewandte Chemie，Advanced Functional Materials、Advanced Science、ACS Catalysis等知名期刊表论文40余篇，引用4000余次，H指数28。参与撰写英文著作1章节，授权专利6项。