近日，团队成员黄任枢博士在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》发表题为“Strong electronic coupling of NiCo2O4 and CeO2 regulates the nucleation and decomposition of Li2CO3 for high-rate performance Li–CO2 batteries”的研究文章（DOI: 10.1016/j.cej.2024.151191）。
Li–CO2电池在能量储存和CO2固定方面具有巨大的潜力。然而，电池放电的主要产物Li2CO3是一种宽带隙绝缘体，在充电时需要在较高的电位下才能发生分解，从而导致大的极化和缓慢的CO2ER动力学，严重阻碍了Li–CO2电池的发展。
基于此，我们团队通过溶剂热法和煅烧法制备了具有强电子耦合效应的NiCo2O4/CeO2催化剂，以提高Li–CO2电池的性能。研究发现，NiCo2O4和CeO2的强电子耦合增强了催化剂的本征活性，促进了具有良好可逆性的膜状Li2CO3的生成，从而提高了电池在大电流密度下的性能。此外，强电子耦合效应削弱了吸附在NiCo2O4/CeO2阴极上的Li2CO3的C–O键的键能，促进了Li2CO3在充电过程中发生分解，提高了CO2ER动力学性能。因此，NiCo2O4/CeO2阴极在2000 mA g−1的大电流密度下的放电比容量高达7767 mAh g−1，并且可以稳定循环240次以上，优于大多数已报道的金属基催化剂。
该研究成果以广西大学化学化工学院为通讯单位，尹诗斌教授为通讯作者，2020级博士研究生黄任枢为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金、广西研究生教育创新项目和广西大学高性能计算平台的资助和支持。
图1.（a-c）Ni 2p，Co 2p和Ce 3d的XPS光谱；（d，e）NiCo2O4和CeO2的功函数计算；（f，g）NiCo2O4和NiCo2O4/CeO2的理论结构模型；（h）NiCo2O4/CeO2的电荷密度差图；（i）NiCo2O4、CeO2和NiCo2O4/CeO2的TDOS。
图2.（a）在2000 mA g−1和（c）4000 mA g−1下的循环性能；（b）NiCo2O4/CeO2与文献报道的金属基催化剂的性能比较；（d）NiCo2O4/CeO2基Li–CO2电池点亮LED的数码相片；（e）快充性能。
图3. NiCo2O4/CeO2在不同阶段的PDOS：（a）原始状态，吸附（b）一个Li原子和（c）一个CO2分子后；Li2C2O4吸附在（d）NiCo2O4，（e）CeO2和（f）NiCo2O4/CeO2上的能量最优结构；（g）NiCo2O4，（h）CeO2和（i）NiCo2O4/CeO2吸附Li2C2O4后的电荷密度差；（j）Li2CO3的形成机制示意图。