成果简介
设计和制造正极催化剂是提高锂-氧化物电池储能和稳定性的迫切需要。本文，中国科学院上海硅酸盐研究所孙壮 副研究员、张涛 研究员等在《Energy Fuels》期刊发表名为“RuCo Alloy Drilling into Graphene for Ultrahigh-Capacity Lithium–Oxygen Batteries”的论文，研究提出了一种RuCo辅助合金钻孔策略，以制备嵌入三维石墨烯（Ru-Coet/HGO）催化剂的高分散 RuCo 合金纳米颗粒。石墨烯在锚定金属离子和物理限制 RuCo 合金以提高其催化稳定性方面起着关键作用。RuCo 合金中的表面电子重排增强了吸附的 LiO2 与 RuCo 合金之间的 p-d 杂化，从而操纵了 Li2O2 的形成增长并加速了其分解动力学。因此，Ru-Coet/HGO 电极具有出色的放电容量（250 mA g-1 时为 58359 mAh g-1，1 A g-1 时为 37304 mAh g-1），并在 5000 mAh g-1 的超高限制容量下具有良好的循环性能。
图文导读
图1.Ru-Coet/HGO的合成方案.
图2.结构和微观形态表征
图3.HGO、Ru-HGO 和 Ru-Coet/HGO 样品的电子特性
图4.HGO、Ru-HGO 和 Ru-Coet/HGO 阴极的电化学性能。
图5.（a， d， g， j） HGO、（b， e， h， k） Ru-HGO 和 （c， f， i， l） Ru-Coet/HGO 在第一次放电和第三次充电后的电极形貌和EIS光谱.
图6.DFT计算和建议的机制
小结
我们采用 RuCo 辅助合金钻孔策略制备了嵌入三维 HGO 片中的高分散 RuCo 合金纳米粒子，并将其作为二氧化锰锂电池的阴极催化剂。系统研究了 RuCo 合金催化剂对 Li2O2 尺寸和分布特性的潜在影响机制。包括 XPS、SEM 和 HAADF-STEM 在内的一系列关键表征证实，Co 可以调节 Ru 的内在催化活性。而纳米催化剂在电化学过程中的团聚现象可以通过嵌入式结构得到缓解。多孔结构为 Li2O2 的沉积提供了丰富的传质通道和容纳空间。重要的是，根据 DFT 计算，Co 的加入能有效调节 Ru 的催化活性，并增强 LiO2 的吸附能力。与 HGO 和 Ru-HGO 完全不同的是，在 ORR 过程中，Ru-Coet/HGO 电极上会生成均匀分布的纳米级 Li2O2 物种。
同时，这种均匀分布的 RuCo 纳米合金在提高 OER 性能方面发挥了关键作用，大大加快了 Li2O2 的分解动力学并抑制了副反应。基于上述优点，Ru-Coet/HGO 电极显示出优异的放电容量（250 mA g-1 时为 58359 mAh g-1，1 A g-1 时为 37304 mAh g-1），在 5000 mAh g-1 的超高限制容量下具有良好的循环性能，以及较高的往返效率（80%，相对于 Li/Li 高达 4.0 V）。这项研究拓展了 RuCo 合金在Li-O+2电池中的应用，同时提供了合理的阴极设计，有助于进一步探索高容量Li-O2电池。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c03270
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