山东大学张进涛课题组成功设计合成了具有阳离子空位的四氧化三钴纳米颗粒,并用于锂氧气电池正极催化剂,表现出优越的电催化活性。相关成果以“Tunable Cationic Vacancies of Cobalt Oxides for Efficient Electrocatalysis in Li-O2 Batteries”为题,发表在国际顶级期刊Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202001415)上。
研究者通过在空气中退火纳米甘油钴(GlyCo)成功将阳离子空位引入四氧化三钴。由重复Co-O-Co-O单元组成的GlyCo提供了调节钴和氧比值的可能性,因此通过热处理可以很容易地构建阳离子空位并调控浓度。这种带有阳离子空位的四氧化三钴有着优异的双功能催化作用,以其为正极催化剂的锂氧气电池表现出了高比容量,高循环稳定性和良好的倍率性能。DFT计算揭示了阳离子空位存在能够引起电子离域化,降低催化剂对中间产物的吸附能,从而促进了电催化性能,提高了电池的性能。实验结果和理论计算均阐明了阳离子空位对提升四氧化三钴电催化性能的积极贡献,研究者相信这为设计具有特殊结构的高效先进能源材料提供了新思路。