CO₂在正极缓慢的还原/析出动力学严重阻碍了Li-CO₂电池的实际应用。

基于此，复旦大学彭慧胜教授，王兵杰副研究员通过将等离激元金属纳米粒子(如金、银)与半导体光催化材料相结合，设计了一种协同双场辅助正极，以解决半导体光催化剂的固有局限性。

文章要点

1）在入射光作用下，等离激元金属纳米粒子中自由电子的集体振荡会形成局部增强的电场，对光电子和空穴施加相反的作用力，从而抑制不利的载流子复合。作为示范，研究人员在阳极氧化的二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列（TNAs@AgNPs）上电沉积Ag纳米颗粒作为双场辅助正极来促进CO₂的还原/析出反应。

2）响应于外加的光场，TiO₂上产生了大量的光生电子-空穴对，Ag纳米颗粒周围局部增强的电场促进了光生载流子的分离/转移，从而在CO₂还原/析出反应中更好地利用了光生载流子。此外，增强电场作用下放电产物的中介形态也有助于放电产物的分解。

3）实验结果显示，双场辅助Li-CO₂电池具有超低充电电压（0.10 mA cm^-2时为2.86 V）、100次循环后具有出色的循环稳定性（往返效率为86.9%）、高倍率性能（在2.0 mA cm^-2下工作）以及31.11mAh cm^-2的令人印象深刻的面容量。

这种协同双场辅助技术为实现高性能Li-CO₂电池提供了一条新的途径，可以通过提高光能利用率来加速正极反应。

参考文献

Kun Zhang, et al, Boosting Cycling Stability and Rate Capability of Li-CO₂ Battery via Synergistic Photoelectric Effect and Plasmonic Interaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201718

https://doi.org/10.1002/anie.202201718