非质子钠-氧（Na−O₂）电池的放电是由Na⁺存在下的阴极氧还原反应（Na⁺-ORR）所驱动。然而，人们关于非质子型Na⁺-ORR的机制仍然不明确。

近日，苏州大学姚建林教授，Ya-Xian Yuan，厦门大学李剑锋教授报道了通过原位电化学壳层孤立的纳米颗粒增强拉曼光谱（SHINERS）结合密度泛函理论（DFT）研究了非质子Na⁺-ORR在Au(hkl)晶面上的表面敏感性。

文章要点

1）研究人员提供了O₂^-、吸附的O₂⁻和NaO₂以及Na₂O₂作为Na⁺-ORR中间体的直接光谱证据。

2）由于Au原子构型和表面活性的不同，O₂在Au(111)、Au(100)和Au(110)表面经历了不同的还原过程。研究发现，当O₂直接吸附在Au(110)面上时，经过单电子还原生成未配位的O₂⁻，最终生成NaO₂作为Na⁺-ORR产物。相比之下，O₂在Na⁺吸附后优先吸附，并在Au(100)和Au(111)表面发生直接双电子还原反应生成过氧化物物种。因此，与过氧化物在Au(100)和Au(111)上的钝化物种相比，Au(110)产生了更具活性的超氧化物中间体，并且具有较低的过电位。

这些结果揭示了表面结构对非质子型Na⁺-ORR机理的影响，有助于未来非质子型Na−O₂电池正极的优化和设计。

参考文献

Jing Zhang, et al, Real-Time Monitoring of Surface Effects on the Oxygen Reduction Reaction Mechanism for Aprotic Na−O₂ Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c10009

https://doi.org/10.1021/jacs.1c10009