近期，赵勇课题组在锂氧气电池领域取得新进展，相关成果以“Greatly Promoted Oxygen Reduction Reaction Activity of Solid Catalysts by Regulating the Stability of Superoxide in Metal-O₂ Batteries”为题，以全文形式在国际学术期刊《中国科学：材料》（Science China Materials, 2020, DOI: s40843-020-1519-9,影响因子=6.098）上发表。

论文链接：https://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCMs/doi/10.1007/s40843-020-1519-9?slug=abstract

非质子锂氧气电池因其超高理论能量密度（3500 Wh kg^-1）而受到全世界的广泛关注。在电池正极侧的氧气还原反应（ORR）过程中，氧气在固体催化剂表面得电子后，生成吸附态的超氧化锂（LiO₂）中间产物。非稳态的LiO₂一方面会经歧化或电还原反应生成膜状且绝缘的过氧化锂(Li₂O₂)，而造成电化学氧还原反应提前终止；另一方面，LiO₂也会与固态催化剂（如碳材料）、电解液等发生副反应，进而钝化电极导致放电终止及较差的循环寿命。如何调控LiO₂的稳定以保证ORR在固态催化剂表面持续高效的进行，是锂氧气电池领域的一项重大挑战（Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2921）。

图(a)：分子添加剂-LiO₂吸附能越高越有利于提高电池容量；(b)：分子添加剂-LiO₂吸附能越高越有利于抑制LiO₂引发的副反应

在前期工作中，我们提出了“仿生酶-辅酶协同氧还原催化反应”的研究思路。通过在电解液中加入能够捕获超氧化物的蒽醌分子，抑制正极表面致密过氧化锂膜的生成，促进固态催化剂表面氧还原反应过程（J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI:10.1021/jacs.8b13568）。在该研究工作中，通过在蒽醌分子骨架上引入不同的供吸电子基团，实现了对放电中间产物LiO₂稳定性的可控调控。研究发现，含吸电子基团的1,4-二氟蒽醌（DFAQ）对LiO₂的吸附强度最高，可以最大程度地稳定LiO₂，从而大幅提高表面ORR的反应速率和稳定性。这一结果证明蒽醌助催化剂对LiO₂吸附能的强弱对ORR的活性/稳定性具有重要影响。该研究工作不仅为调节锂氧气电池放电中间产物LiO₂的稳定性提供了新的技术手段，还有助于进一步理解非质子溶剂体系下氧还原反应机制（Sci. China Mater., 2020, DOI: s40843-020-1519-9）。

特种功能材料实验室王华硕士、刘亮亮博士为论文共同第一作者，张鹏博士和赵勇博士为论文通讯作者。本工作得到了中组部、国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。