锂−氧（Li-O₂）电池在长期运行过程中存在催化正极退化问题，进而限制了其实际应用。而揭示纳米级催化正极的表面形态演变与其循环催化活性之间的直接关系仍具有一定的挑战性。

近日，中科院化学研究所文锐研究员报道了利用原位电化学原子力显微镜观察了工作状态下Li−O₂电池中铂（Pt）纳米颗粒电极的动态演化过程及其对Li−O₂界面反应的影响。

文章要点

1）原位观察结果显示，反复的氧化−还原循环（ORCs）会引发Pt纳米颗粒尺寸的增大，最终导致Pt纳米颗粒从电极上脱落。在0−80次 ORCs中，生长的Pt纳米颗粒促进了Li−O₂放电过程中由表面介导的反应途径向溶液介导的反应途径的转变，并显著提高了放电容量。而250次ORCs后，伴随着部分Pt纳米颗粒从电极上脱落，反应产物的成核势降低，反应动力学变慢，导致性能下降。

2）研究发现，在Pt纳米颗粒电极上修饰适量的Au纳米颗粒可以提高其稳定性，并保持较高的催化活性。

这些结果为阐明循环过程中催化正极的形貌演变与表面活性之间的关系提供了直接证据，这对开发高性能催化剂至关重要。

参考文献

Zhen-Zhen Shen, et al, Revealing the Correlations between Morphological Evolution and Surface Reactivity of Catalytic Cathodes in Lithium−Oxygen Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c09700

https://doi.org/10.1021/jacs.1c09700