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郭再萍院士，ACS Energy Letters！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-10-31 07:31

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锂-二氧化碳电池捕获二氧化碳并将其转化为有价值的能量存储介质，促进能量存储和环境可持续发展。钌基催化剂表现出优异的催化活性并广泛应用于锂二氧化碳电池中，但钌纳米颗粒尺寸对电解的影响仍未得到充分研究。

在此， 阿德莱德大学郭再萍团队 合成了~1.1至~7.4 nm的Ru纳米颗粒，以揭示Li-CO ₂ 电池中尺寸的活性。研究显示，随着 Ru 尺寸的减小，Ru 的 d 带中心被确定为向费米能级上移并且充电过程中的吉布斯能量变化降低。

此外，C=O和Li-O的结合能显着降低，即证实小Ru和Li ₂ CO ₃ 之间的强相互作用可以促进Li ₂ CO ₃ 分解。同时，小的Ru纳米颗粒可以减轻Li ₂ CO ₃ 在正极上的积累。

图1. Ru纳米颗粒的d带中心、吸附能和反应路径的理论计算结果

总之，该工作成功合成了一系列从~1.1到~7.4 nm的Ru纳米粒子，并证明了Ru纳米粒子对Li-CO ₂ 电池性能的尺寸效应。研究显示，小 Ru 颗粒通过削弱 Li ₂ CO ₃ 中的 Li-O 和 C=O 键进而促进 Li ₂ CO ₃ 分解的内在活性。

此外，小Ru颗粒可以显着减轻Li ₂ CO ₃ 在正极表面的积累，其有利于固态放电产物涉及的电化学反应。因此，该项工作展示了Ru的尺寸效应，揭示了小型且分布均匀的催化剂的重要性，为金属-气体电池的催化剂设计提供了新的见解。

图2. 采用 Ru/CNT 和 CNT 基正极的 Li-CO ₂ 电池性能

Size-Dependent Effects of Ru Nanoparticles on Li-CO2 Batteries， ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01567

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