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苏州大学邓昭教授课题组《ACS AMI》：MOF衍生的超高比表面多孔碳纳米立方负载金属钌催化可逆Li2O2生成

非质子锂氧气(Li-O2)电池因其在各种可充电电池中理论能量密度最高而引起了人们极大的兴趣。然必须通过紧缩实验认识材料在受紧缩时的力学性能和破坏特性而，阴极缓慢且不可逆的三相反应严重阻碍了该体系的研究进展。因此，开发高效的阴极催化剂，加速放电产物Li2O2可逆的形成/分解，对于锂氧气电池体系的研究至关重要。 苏州大学邓昭教授课题组提出了一种以金属有机框架ZIF-8为模板，通过高温处理制备高比表面积（1600 m2g-1）的微孔碳，并负载Ru纳米颗粒的催化剂设计方案。该方案不仅满足了锂氧电池阴极催化剂所需的多孔结构和我国塑机行业取患改性塑料了长足的进步高比表面积，优异的导电性，而且充分利用了表面Ru纳米颗粒的ORR/OER催化活性。这个“一石三鸟”的方案使得我们对锂氧气电池阴极催木窗化剂的设计获得了极大的启发，从而为提升锂氧气电池的电化学性能提供了理性的指导。该工作以“Ru-Embedded Highly Porous Carbon Nanocubes Derived from Metal?Organic Frameworks for Catalyzing Reversible Li2O2 Formation”为题，发表于《ACS Applied Materials Interfaces》，第一作者为硕士研究生魏乐，通讯作者为邓昭教授，赵亮老师。

图1. Ru@MCN 的制备与表征

利用SEM，XRD，BET及TEM等多种表征技术，证明了该纳米材料超高的比表面积，以及Ru纳米颗粒的均匀负载。

图2. Ru@MCN、MCN和Super P在锂氧气电池中的电化学性能。

通过对比Ru@MCN、MCN和商用导电碳Super P的电化学性能，证明了高催化活性的Ru纳米颗粒和高比表面的多孔结构，对于提升锂氧气电池的放电容量，降低其过电位具有显著的效果。

图3. Ru@MCN的循环及倍率性能

Ru@MCN相对于其他两个样品具有更突出的循环稳定性和倍率性能，即使在1000 家用秤mA g-1的大电流密度下仍可稳定的循环100圈以上，通过研究循环前后的EIS发现，之所以Ru@MCN具有更优异的稳定性，是因为放电产生的绝缘产物Li2O2具有更好的可逆性。

图4. 证明Li2O2可逆的形成/分解的阴极的(非)原位表征。

通过SEM、XRD及XPS发现该体系的放电产物为片状Li2O2,且在充电后可以充分的消耗，从而实现稳定可逆的循环。原位DEMS检测到放电过程及充电过程中的电子与氧气的比值分别为2.07和2.05，证实了副反应在该体系中非常微弱。

邓昭教授及课题组简介

邓昭，苏州大学能源学院教授，博士生导师，国家四青人才入选者，江苏省特聘教授。1999，2002年分别获得上海交通大学化学化工学院精细化工学士及应用化学硕士学位。之后赴美留学，于2009年获得美国加州大学戴维斯分校分析化学博士学位。博士毕业后于20作为NASA兰利研究中心(美国弗吉尼亚州汉普顿)的1名材料研究工程师应对贸易保护主义能力增强2年期间在美国国家标准技术局（NIST）纳米科学技术中心（CNST）从事与纳米力学和低维碳材料相关的课题研究。博士后出站后先后在全球颇具影响力的石油化工企业Halliburton以及Afton Chemical担任高级研发职务，参与并主持了多个石化新产品和新材料的开发项目，应用横跨航空制造、石油勘探以及汽车传动等多个领域。迄今为止在运动地板Nature Mater.、Nature Commun.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem.、ACS Nano、ACS Ca宝石首饰tal.等国际权威学术期刊上发表学术论文，申请并被授予多项美国和中国专利。重要研究成果被Science、Nature Materials、美国摩擦与润滑工程师协会、RD Magazine等众多媒体报道。

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