ESM：实现超高性能锂氧电池的“纳米反应器”阴极——RuPd纳米簇与Fe-N4共修饰的空心碳纳米笼

第一作者：黄路露

通讯作者：张正国*，廖世军*

单位：华南理工大学

锂氧电池（Li-O₂）因其超高的理论能量密度（3500 Wh kg^-1），被认为是极具前景的下一代二次电池。然而，Li-O₂电池的大规模应用仍面临着过电势高、循环寿命短和易发生副反应等一系列挑战。其中，空气阴极上缓慢的氧化还原反应动力学过程以及阴极催化剂的耐久性不足，是造成上述问题的关键原因。因此，设计开发高活性和高稳定性的新型阴极催化剂来改善反应动力学，提升催化剂的稳定性，对于推动Li-O₂电池的实际应用具有十分重要的意义。

近日，华南理工廖世军教授研究组，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Nitrogen and Atomic Fe co-doped Hollow Carbon Nanocages Supporting RuPd Nanoclusters as Extraordinary High-Performance Nanoreactor-Like Cathode for Lithium–Oxygen Batteries”的研究文章，报道了一种RuPd纳米簇负载的三维Fe-N共掺杂碳纳米笼催化剂，用作Li-O₂电池阴极的高效催化剂。

采用最佳样品作为阴极催化剂的Li-O₂电池表现出高达31211 mAh g^-1的比容量，充电过电势仅为0.64 V，限容1000 mAh g^-1的循环测试中也能稳定运行超过300圈。

放电产物表征结果发现，高度分散的RuPd纳米团簇的催化剂诱导了Li₂O₂的定向生长，增强了Li₂O₂/催化剂界面的稳定性，这是电池具有高性能与长循环寿命的重要原因。理论计算同时表明RuPd纳米簇有利于LiO₂的吸附以此显著提高OER活性，并能防止副产物的生成。

这项工作不仅为设计和制备高性能LOB阴极材料提供了一种有效的策略，同时阐述了催化剂结构与活性的关系，并且该体系可扩展至其他二次电池设备，如Na-O₂/CO₂，Li-CO₂电池等。

Nitrogen and Atomic Fe Co-doped Hollow Carbon Nanocages Supporting RuPd Nanoclusters as Extraordinary High-Performance Nanoreactor-Like Cathode for Lithium–Oxygen Batteries

廖世军教授：华南理工大学教授，博士生导师，主要研究方向包括燃料电池技术，空气电池和锂离子电池

张正国教授：华南理工大学教授，博士生导师，主要研究方向包括储热材料，新型纳米流体材料

黄路露：华南理工大学博士在读，主要研究方向为锂氧、锂二氧化碳电池关键材料

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