Li−O2电池具有在经济高效且简单的平台上储存大量电能的潜力，因此被认为是一种终极储能技术。然而，迄今为止，充放电过程中Li2O2形成和氧化的极高过电位，严重阻碍了Li−O2电池的发展。金属有机聚合物（MOPs）和金属有机骨架（MOF）由于其可调节的结构和良好分散的单一金属位点，已成为多功能，有前途的电催化反应平台。
近日，南开大学陈军院士，李福军教授，美国康奈尔大学Lynden A. Archer报道了一种提高Li−O2电池电化学转化可逆性的光催化途径。由钴-四氨基-苯醌（Co-TABQ）组成的新型钴有机聚合物MOP纳米片作为一种双功能阴极催化剂，在放电和充电时显著促进了Li2O2的生成和氧化，降低了过充电。
文章要点
1）研究人员通过溶剂热法在碳纸上原位生长了以Co2+为金属节点和四氨基-苯醌（TABQ）为有机配体的Co-TABQ纳米片。其带隙为2.2 eV，具有广泛的可见光吸收能力，可以用作Li-O2电池的光电极。
2）研究人员利用表面增强拉曼光谱(SERS)揭示了反应机理，并通过密度泛函理论（DFT）计算进行了证实。在放电过程中，O2被吸附在Co原子上，通过在其π2p*轨道上接受来自被光照的Co-TABQ中的Co原子的dz2和dxz轨道的电子而还原为LiO2中间体，并最终其转化为Li2O2。当充电的时候，Co的dz2轨道上产生的空穴在外加电压的作用下被激活，从而使Li2O2快速分解为O2和Li+。
3）实验结果显示，光照下Li−O2电池的放电电压和充电电压分别为3.12 V和3.32 V，往返效率为94.0%。
研究结果表明，金属离子与Co-TABQ纳米片中配体的轨道相互作用决定了Li−O2电池的捕光和氧电催化性能。
参考文献
Qingliang Lv, et al, Semiconducting Metal−Organic Polymer Nanosheets for a Photoinvolved Li−O2 Battery under Visible Light, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.0c11400
https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c11400
