Angew：光電效應和等離子體相互作用協同提升Li-CO2電池迴圈穩定性和倍率效能

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近年來，Li-CO2電池體系引起了人們的關注，因為它可以同時固定CO2和儲能，有望成為下一代儲能技術。然而，正極處緩慢的CO2還原/釋放動力學嚴重阻礙了Li-CO2電池的實際應用。

近日，

復旦大學的彭慧勝教授等人

透過設計銀奈米粒子修飾的鈦奈米管陣列正極，同時引入光電效應和等離子體相互作用以加速CO2還原/釋放反應。入射光激發二氧化鈦中的高能光電子/空穴以克服反應勢壘，並在銀奈米粒子周圍誘導增強的電場，以實現光生載流子的有效分離/轉移和熱力學有利的反應途徑。得到的Li-CO2電池在0。10 mA cm-2下表現出2。86 V的超低充電電壓，且具有良好的迴圈穩定性（100次迴圈後的往返效率為86。9%），在2。0 mA cm-2下仍具有較好的倍率效能。

圖 1、雙場輔助Li-CO2電池的工作機理。

【本文要點】

要點1.

在入射光照射下，金屬奈米粒子中自由電子的集體振盪可以構建區域性增強的電場，該電場對光電子和空穴施加相反的力，以抑制不利的電荷載流子複合。

要點2.

在入射光照射下，TiO2處產生了大量的光生電子-空穴對，Ag奈米顆粒周圍的區域性增強電場促進了光生載流子的分離/轉移，從而在CO2還原/析出反應中更好地利用載流子。此外，增強電場下放電產物的介導形態也有助於放電產物的分解。

要點3.

因此雙場輔助Li-CO2電池能夠提供超低的充電電壓（0。10 mA cm-2下為2。86 V）、出色的迴圈穩定性（100次迴圈後往返效率為86。9%）、高的倍率效能（工作電流高達2。0 mAꞏcm-2），以及優異的面積容量（31。11 mAh cm-2）。

總之，本研究設計了一種協同雙場輔助策略，透過提高光能利用率來加速正極反應，為實現高效能Li-CO2電池提供了一條新途徑。

圖 2、雙場輔助Li-CO2電池的（a）首圈充放電曲線，（b）迴圈效能，以及（c）具有TNA和TNA@AgNPs正極的Li-CO2電池在明暗條件下的倍率效能。（d）TNAs@AgNPs正極在1。0 mAh cm-2和2。0 mA·cm-2光照條件下的充放電曲線。基於電催化和光電催化機制的雙場輔助Li-CO2電池與一些代表性Li-CO2電池的（e）迴圈穩定性和（f）倍率效能比較。

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，

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doi。org/10。1002/anie。20

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