目前，对能源需求的日益增加促进了对高效、低成本和环境友好的替代能量转化和储存系统的研发。氧还原（ORR）和析氧反应（OER）是重要的可再生能源技术的核心反应过程，应用涉及到燃料电池，锂-空（氧）气电池和分解水制氢等领域。对于使用有机电解质的锂-空气电池，如果利用空气中的氧气连续地反应提供能量，其理论能量密度大约为11140瓦时/千克，远高于目前的锂离子电池和其它的能量存储器件。可充电的锂-氧气电池，放电过程对应于氧还原反应（ORR），即Li2O2生成；而充电过程对应于析氧反应（OER），即Li2O2 分解。为了使锂-空（氧）气电池商业化应用，目前还存在诸多问题需要解决，包括差的电解质稳定性、低的阴极催化剂充/放电效率、差的倍率性能和循环寿命等。另外，充放电过程中形成的反应副产物碳酸锂（Li2CO3）和氢氧化锂（LiOH）对电池的长期循环性能也有很大的影响。放电产物Li2O2在充电过程中很容易与电解液以及碳电极（导电添加剂或碳纸）反应形成Li2CO3界面层，这样会增加OER反应的过电位，使充电电压高于4.0 V。此外，O2中的水汽很容易与放电产物Li2O2和金属Li反应，生成反应副产物LiOH。所以，研究能够分解锂-氧气电池反应副产物Li2CO3和LiOH的催化剂非常重要。
钙钛矿型氧化物（通式为ABO3）已经被广泛地应用于燃料电池、电解池、汽车尾气处理、有机物催化分解等催化和电催化领域。北京纳米能源与系统研究所孙春文研究员团队利用静电纺丝技术制备多孔钙钛矿La0.6Sr0.4Co0.8Mn0.2O3（LSCM）纳米纤维，并通过化学浸渍沉淀的方法在LSCM纳米纤维上负载了RuO2纳米片（RuO2@LSCM NFs），用于锂-氧气电池空气极催化剂。实验发现，负载RuO2纳米片后，显著地改善了催化剂的ORR和OER性能，电池比容量高达12742 mA h g-1，循环性能和倍率性能也得以改善，电池表现出较低的充放电曲线电压差。线性扫描伏安（LSV）曲线表明LSCM纳米纤维能够高效催化分解反应副产物Li2CO3，而RuO2@LSCM NFs可以分解反应副产物LiOH。为锂空气电池的实用化奠定了基础。鉴于其简单的制备方法和优异的性能，该催化剂不仅可应用于锂-氧气（空气）电池，也可应用于其它金属空气电池、传感器和燃料电池电极等。
图1. LSCM NFs和RuO2@LSCM NFs的合成过程示意图。
图2. （a）LSCM和RuO2@LSCM纳米纤维的XRD图谱；（b）氮气吸脱附等温线和孔尺寸分布；（c-f）样品的扫描电镜照片：（c）刚电纺制备的样品，（d,e）在650 ℃焙烧后的LSCM纳米纤维，（f）RuO2@LSCM纳米纤维；（g）LSCM和负载RuO2纳米片的LSCM纳米纤维催化剂组装的Li-O2电池的循环伏安曲线，电位窗口2.0-4.2 V (vs. Li+/Li )，扫描速率1 mV s-1,（h）两种不同催化剂组装的Li-O2电池的放电/充电曲线，电流密度为50 mA g-1；（i, j）两种不同催化剂组装的Li-O2 电池在不同电流密度下的放电/充电曲线，容量限制在1000 mA h g-1。
这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是北京纳米能源与系统研究所博士研究生张秀玲。
该论文作者为：Xiuling Zhang, Yudong Gong, Shaoqing Li, and Chunwen Sun
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Porous Perovskite La0.6Sr0.4Co0.8Mn0.2O3 Nanofibers Loaded with RuO2 Nanosheets as an Efficient and Durable Bifunctional Catalyst for Rechargeable Li–O2 Batteries
ACS Catal., 2017, 7, 7737–7747, DOI: 10.1021/acscatal.7b02153
孙春文研究员简介
孙春文，男，中国科学院北京纳米能源研究所研究员，博士生导师，储能材料与器件实验室负责人。2006年毕业于中国科学院物理研究所，获理学博士学位。先后在德国慕尼黑工业大学物理系、加拿大国家研究院燃料电池创新研究所、美国德州大学奥斯汀分校材料研究所任博士后和助理研究员。
近年来，研究工作主要集中在纳米结构材料的合成、表征及其在能量转化与存储器件中的应用（锂离子电池，金属空气电池，全固态电池，燃料电池）。已在JACS, Energy & Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, Nano Energy 和NPG Asia Materials等国际重要学术期刊上发表论文90余篇，SCI引用超过3800次，七篇文章被Web of Science的ESI （Essential Science Indicators）选为 “过去十年高被引用论文”（Highly Cited Papers），10篇论文他引超过100次，单篇最高引用425次；申请15项中国发明专利，7项已获授权。应邀编写英文专著4章节，中文专著2章节。目前担任中国硅酸盐协会固态离子学分会理事，中国能源研究会燃料电池专业委员会委员，中国仪表功能材料学会储能与动力电池及其材料专业委员会委员, 国际期刊Scientific Reports 编委，应邀为30多个重要国际学术期刊的审稿人，在重要国际会议上做邀请报告40余次。作为负责人，目前承担国家自然科学基金面上项目两项，参与国家重点研发计划项目一项，已结题国家重点基础研究发展计划（973）项目一项和自然科学基金面上项目一项。2011年中科院物理所引进国外杰出人才计划（所百人）入选者，2013年获得军队科技进步二等奖，2017年获得国际先进材料协会（IAAM）科学家奖 (瑞典)。
http://www.x-mol.com/university/faculty/48469
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