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南開(kāi)大學(xué)新晉「國(guó)家杰青」李福軍團(tuán)隊(duì)，最新AM：MOF基光催化劑！

第一作者：Bo Wen

通訊作者：李福軍，滑緯博

通訊單位：南開(kāi)大學(xué)，西安交通大學(xué)

李福軍，南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，研究員、教授，博士生導(dǎo)師，畢業(yè)于香港大學(xué)，湖北崇陽(yáng)縣人，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者（2023年）。

長(zhǎng)期從事低成本鈉離子電池和高比能金屬空氣電池。以第一或通訊作者身份，發(fā)表3篇PNAS、15篇Angew. Chem.、4篇JACS、1篇Nat. Commun.、2篇Adv. Mater.、2篇Adv. Energy Mater.等110余篇論文，獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)10項(xiàng)，主編了科學(xué)出版社《二次電池科學(xué)與技術(shù)》本科教材1部，參與制定了《鋰空氣電池電性能和安全性能要求及測(cè)試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

（信息來(lái)源：

https://chem.nankai.edu.cn/_s312/2019/0906/c24392a378230/page.psp）

滑緯博，西安交通大學(xué)特聘研究員，博士生導(dǎo)師，入選陜西省“秦創(chuàng)原引進(jìn)高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才”、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計(jì)劃”。

截止目前，以第一/通訊作者（含共同）在Nat. Commun.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等國(guó)際知名期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇。擔(dān)任《eScience》等期刊的青年編委，主持和參與了國(guó)家自然科學(xué)基金、“中德博士后交流項(xiàng)目”、德國(guó)DFG、BMBF等項(xiàng)目。

（信息來(lái)源：https://gr.xjtu.edu.cn/web/weibo.hua）

論文速覽

光輔助Li-O₂電池表現(xiàn)出高往返效率，這歸功于光在氧還原和析出反應(yīng)中產(chǎn)生的電子和空穴。然而，由電子和空穴之間的庫(kù)侖相互作用產(chǎn)生的激子效應(yīng)阻礙了載流子分離，從而阻礙了光能的有效利用。

本論文探討了光輔助鋰-氧氣（Li-O₂）電池中激子解離為電荷載流子的問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)利用卟啉基的金屬-有機(jī)框架（MOFs）作為光催化劑，通過(guò)調(diào)控金屬-氧簇來(lái)加速激子解離，從而提高電池的光電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)增強(qiáng)配體到金屬簇的電荷轉(zhuǎn)移（LMCT），可以有效促進(jìn)激子解離，減少單線態(tài)氧的生成，并延長(zhǎng)載流子的壽命，實(shí)現(xiàn)低過(guò)電位和穩(wěn)定的電池循環(huán)。

圖文導(dǎo)讀

圖1：FeNi-TCPP納米棒的形態(tài)和尺寸，以及其在碳布上的均勻分布。

圖2：FeNi-TCPP和Fe-TCPP的 (a) 紫外/可見(jiàn)吸收光譜，(b) UPS光譜，(c)能帶結(jié)構(gòu)，(d)瞬態(tài)光電流響應(yīng)以及 (e) ^?O₂^–自由基和 (f) ¹O₂的EPR光譜。(g)^?O₂^–和¹O₂的生成示意圖。

圖3：(a) DOSs，(b) Fe 3d和Ni 3d軌道位置，以及 (c) FeNi-TCPP和 Fe-TCPP (001) 平面上電荷密度的等值線圖。(d, e) 暗處和輻照下FeNi-TCPP的Fe 2p和Ni 2p的原位XPS光譜。(f) Fe-TCPP中的激子效應(yīng)和FeNi-TCPP中的激子解離示意圖。

圖4：CC、FeNi-TCPP和Fe-TCPP在 (a) 輻照和 (b) 黑暗條件下的放電/充電曲線。(c) FeNi-TCPP和Fe-TCPP在輻照下的循環(huán)性能。

總結(jié)展望

本研究成功合成了卟啉基MOFs，并將其應(yīng)用于光輔助Li-O₂電池的光陰極，通過(guò)調(diào)控金屬-氧簇增強(qiáng)了LMCT，從而促進(jìn)了激子的有效解離。

這一策略不僅提高了電池的放電電壓，降低了充電電壓，而且實(shí)現(xiàn)了高達(dá)92%的往返效率和在高電流密度下的穩(wěn)定循環(huán)。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)新型光輔助Li-O₂電池提供了重要的見(jiàn)解，并為延長(zhǎng)電荷載流子的壽命提供了有希望的策略。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Exciton Dissociation into Charge Carriers in Porphyrinic Metal-Organic Frameworks for Light-Assisted Li-O2 Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202405440

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/30/14af31503d/

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