通过调控氧空位和内外Co3+/Co2+比提高Li-O2电池Co3O4纳米片催化剂的电催化活性

　　 锂空气电池因具有很高的理论比容量和能量密度而受到很大关注，是一种很有前景的新型二次电池。然而，ORR和OER反应缓慢、极化电位较高、循环性能差等问题严重阻碍了锂空气电池的实际应用。设计、开发双效电催化剂是解决这些问题的重要手段之一。中国科学院大学材料科学与光电技术学院的刘向峰教授课题组通过调控氧空位和内外Co3+/Co2+比提高了Li-O2电池Co3O4纳米片催化剂的电催化活性，并对放电产物形成过程进行了研究，相关的研究成果发表在2017年8月的《ACS Catalysis》上。 

　　该团队提出了一种协同策略，通过调节氧空位和内外部Co3+/Co2+的比率来协同提高锂空气电池Co3O4纳米片催化剂的电催化活性。拉曼光谱、X射线光电子能谱和x射线近边结构吸收谱已经证实其结构特征。另外，采用同步辐射原位X射线衍射和非原位扫描电镜对放电产物进行了研究。与普通块状Co3O4相比，以Co3O4纳米片催化的Li-O2电池有更高比容量 (～24051.2 mAhg？1) ，更好的倍率性能(8683.3 mAhg？1@400 mA g？1)和循环稳定性(150 cycles@400 mA g？1),以及更低的极化电位。高比表面积的2D片层结构、内外层Co3+/Co2+的不同比例分布、氧空位的存在等多方因素协同提高了催化剂的电化学性能。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）的4B9A-衍射实验站的Mythen检测器，在10-80°范围，以200mA g-1的电流密度放电，每隔20分钟采谱获得了锂空气电池的原位数据。为了解释放电过程的产物变化，在放电过程中的不同时间和电位下采谱。放电过程中，Co3O4催化剂的特征峰在2θ = 31.3, 36.9, 和44.9°很明显。同时，32.6 和34.8°两处分别对应了放电产物Li2O2的 (200) and (201)两组晶面。随着放电继续进行，两个特征峰变得更明显，这表明了放电产物Li2O2的生成。 

　　通过调节Co3O4纳米片催化剂的氧空位和内外部Co3+/Co2+的比率来协同改善了锂空气电池的电化学性能。与块状Co3O4相比，Co3O4纳米片催化的锂空气电池具有更高的比容量、倍率性能、循环寿命和更小的极化电位。此外，碘化锂添加剂可以进一步降低过电位，使锂空气电池更具有实用价值。通过调控内外电子结构、氧空位的策略为高效锂空气电池催化剂的设计提供了一些新思路。 

　　发表文章： 

Junkai Wang, Rui Gao, Dong Zhou, Zhongjun Chen, Zhonghua Wu, Gerhard Schumacher, Zhongbo Hu and Xiangfeng Liu*,Boosting the Electrocatalytic Activity of Co3O4 Nanosheets for a Li？O2 Battery through Modulating Inner Oxygen Vacancy and Exterior Co3+/Co2+ Ratio ACS Catal. 2017, 7, 6533？6541.