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锂-氧气电池具有超高的理论能量密度，因此被认为是一种非常有应用潜力的储能器件。但是一些基本问题仍有待解决，比如较低的能量效率、倍率性能和循环寿命，这些主要是由正极部分迟缓的氧化还原反应动力学造成的。使用高效的双功能催化剂是提高锂-氧气电池性能的最有效方法之一。

二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)具有高导电性、高比表面积、可调的层状结构和表面成分，已经被应用于多种能量存储体系，表现出优异的性能和非常高的潜力。

近日，苏州大学能源学院杨瑞枝教授与孙靖宇教授、王海波副研究员合作，采用一种通用策略合成轻微氧化的MXene，作为锂-氧气电池正极催化剂时，实现了高放电比容量，特别是mo-V2CTx在高电流密度下(1000、2000、3000 mA g-1)分别实现了90、89、70次循环，优于大部分已报道的MXene基材料。通过对放电产物进行表征，发现生成的Li2O2以交错的垂直片状结构存在，这种结构不仅可以实现深度放电，而且有利于充放电过程中的物质传输，加快反应动力学。

图1 (a)合成过程示意图；(b)放电过程示意图；(c) mo-V2CTx高倍率循环性能；(d)理论计算

基于密度泛理论（DFT）的第一性原理计算结果，轻微氧化的V2C MXene仍保持了优良的导电性，而且充放电过程中对中间产物具有适中的吸附能，使得过电势大大降低，显著提高了循环稳定性。该工作可以为用于高性能锂氧气电池和其他能源器件的MXene基催化剂的合理设计提供一些启发。

来源：苏州大学

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06896

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