设计形状规则、晶面活性高的氧催化剂对提高Li−O₂电池的催化性能具有重要意义，但也具有挑战性。

近日，中科院大连化物所吴忠帅研究员报道了一种在导电石墨烯上形成的以(101)晶面为主的超薄Mn₃O₄纳米片(NS)（Mn₃O₄ NS/G），作为超大容量、长寿命Li−O₂电池的强氧催化剂。为了突出特定暴露晶面的重要性，还使用类似的液相法制备了具有大量(211)暴露晶面的Mn₃O₄纳米颗粒（NP）(Mn₃O₄ NP/G)。

文章要点

1）Mn₃O₄ NS和Mn₃O₄ NP催化剂分别主要露出(101)和(211)晶面。各种表征表明，(101)表面的氧空位可以显著提高催化活性，尤其是对荷电反应。

2）实验结果表明，Mn₃O₄ NS/G基Li−O₂电池在200 mA g⁻¹时的过电位为0.86 V，低于Mn₃O₄ NP/G（1.15 V）正极，容量为1000mAhg−1。更突出的是，基于Mn₃O₄ NS/G的Li−O₂电池表现出出色的循环稳定性，循环时间超过1300 h。

3）结合准原位表征和密度泛函理论(DFT)计算，研究人员阐明了Mn₃O₄ NS/G对放电产物具有较弱的吸附能。因此，Mn₃O₄ NS/G更有利于充电过程中放电产物的分解，从而大大降低了Li−O₂电池的充电过电位。

参考文献

Yuejiao Li, et al, Two-Dimensional Mn₃O₄ Nanosheets with Dominant (101) Crystal Planes on Graphene as Efficient Oxygen Catalysts for Ultrahigh Capacity and Long-Life Li−O₂ Batteries, ACS Catal. 2022

DOI: 10.1021/acscatal.2c02544

https://doi.org/10.1021/acscatal.2c02544