水系金屬-空氣電池因其超高的理論能量密度、極低的成本和優(yōu)異的安全性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。在眾多水系金屬-空氣電池候選者中，錫-空氣電池由于其負(fù)極錫金屬具有無枝晶、大可逆容量、抗腐蝕和無毒等特性因而近年來成為研究的熱點(diǎn)。
與其他金屬-空氣電池體系類似，錫-空氣電池的空氣催化電極也存在著非常遲緩的氧化還原動(dòng)力學(xué)等問題，嚴(yán)重影響了錫-空氣電池的電化學(xué)性能。盡管近年來已有許多研究致力于構(gòu)建高效專用電催化正極材料，但相應(yīng)錫-空氣電池的充電過電位(~1000 mV)仍不能令人滿意。
復(fù)旦大學(xué)的王永剛教授和內(nèi)蒙古大學(xué)的郭自洋研究員等人合作，以錫-空氣電池為研究對(duì)象，通過設(shè)計(jì)一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氧化鐵包覆的二氧化鈦復(fù)合材料(Fe2O3@TiO2/Ti)，并將其作為錫-空氣電池的催化正極，相應(yīng)電池在光照條件下展現(xiàn)出了極小的充電過電位。
Fe2O3@TiO2/Ti催化正極由于具有獨(dú)特的核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成，因而在錫-空氣電池中具有多重催化作用。首先Fe2O3@TiO2/Ti不僅可以作為電催化劑顯著提高錫-空氣電池中ORR/OER催化性能，而且還具有優(yōu)異的光催化活性，在光照條件下協(xié)助錫-空氣電池充電進(jìn)一步降低了過電位。 理論計(jì)算和光電化學(xué)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證實(shí)Fe2O3@TiO2/Ti獨(dú)特的核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以明顯降低錫-空氣電池體系中電化學(xué)中間過程的反應(yīng)勢壘，還能進(jìn)一步促進(jìn)光激發(fā)電子與空穴的分離，進(jìn)而降低該電池的充電電位。 由于Fe2O3@TiO2/Ti具有優(yōu)異的光電多功能催化活性，因而相應(yīng)的錫-空氣電池在光照條件下展現(xiàn)出了僅為40mV的充放電過電位，并且可以穩(wěn)定循環(huán)160小時(shí)。 論文信息 A Highly Reversible Sn-Air Battery Possessing the Ultra-Low Charging Potential with the Assistance of Light Mingze Gao, Ruiya Wang, Xinxin Lu, Yanchen Fan, Ziyang Guo, Prof. Yonggang Wang 文章的第一作者是內(nèi)蒙古大學(xué)的博士研究生高明澤。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202407856
