Li-N2电池因其集成N2固定、储能和转换的潜力而受到广泛关注,但由于正极催化剂活性低、稳定性差,Li-N2电池的电化学性能并不理想,其电化学可逆性很少得到证实。
这里徐继静在吉林大学的团队利用等离子体Au纳米粒子(NPS)修饰的缺陷氮化碳(Au-NV-C3N4)光电阴极,建立了一种新型的双功能光辅助Li-N2电池系统。 Au-NV-C3N4具有较强的光捕获能力、N2吸附能力和N2活化能力,其光电子和热电子对加速放电和充电反应动力学具有显著的促进作用。 基于此,光辅助Li-N2电池可以实现132 V 的低过电位,是迄今为止报道的最低过电位,以及出色的倍率能力和长期稳定性(500 小时)。 值得注意的是,理论和实验结果的结合证明了光辅助Li-N2电池的高可逆性
图1N2分子结构及其使用方法综上所述,基于新型Au-NV-C3N4异质结作为促进NRR和NER的高效光催化剂的设计与使用,构建了一种高度可逆的光辅助Li-N2电池,其中Nv作为N2吸附活化的活性位点,光生电子和等离子体热电子作为还原剂,从而加速载流子分离,显著改善反应动力学。 这一优势有助于延长Au-NV-C3N4的可见光吸附能力和载流子寿命。 当电池在光照下工作时,过电位低至 132V,具有优良的倍率性能,稳定的循环寿命超过500小时。 通过各种表征方法和理论计算,证明了Li3N在光辅助Li-N2电池中的可逆形成和分解。 因此,本研究极大地拓展了光辅助电池的应用领域,为解决Li-N2电池等电池的动能延缓问题提供了新的有效策略。
图2Li-N2电池的电池性能photo-assisted li-n2 batteries with enhanced nitrogen fixation and energy conversion,angewandte chemie international edition2024 doi: 10.1002/anie.202319211