研究人员提出了一种用于先进储能装置的新型电极材料，它直接从空气中充氧。Kang Jeung Ku教授的团队通过在分子水平上控制反应物的行为，在金属-有机框架(MOF)中合成并保存了原子簇大小的亚纳米粒子。这种新策略确保了锂氧电池的高性能，被誉为下一代能源存储技术，并广泛应用于电动汽车。
原则上，锂氧电池能产生比传统锂离子电池高十倍的能量密度，但是它们的可循环性非常差。提高循环稳定性的方法之一是降低阴极电极中电催化剂的过电位。当电催化剂材料的尺寸降低到原子水平，增加的表面能导致活动增加，同时显著加速材料的团聚。
为了解决这一难题，材料科学与工程系的康教授致力于通过将原子尺度的电催化剂稳定到亚纳米空间来保持其活性的提高。这是一种在金属有机框架内同时生产和稳定原子级电催化剂的新策略。
金属-有机骨架连续地组装金属离子和有机连接剂。
该团队通过控制水分子之间的氢亲和力来分离它们，并通过MOFs的亚纳米孔逐个转移分离的水分子。在精确控制的合成条件下，转移的水分子与钴离子反应形成二核氢氧化钴，然后原子级氢氧化钴稳定在亚纳米孔内。
在金属有机框架(MOFs)的亚纳米孔中稳定的双核钴氢氧化物降低了63.9%的过电位，并在生命周期中提高了10倍。
康教授说:“同时在MOFs中产生和稳定原子级电催化剂，可以根据金属和有机连接物的多种组合使材料多样化。它不仅可以拓展电催化剂的发展，还可以拓展光催化剂、医药、环境和石油化工等多个研究领域。
这项研究被发表在《先进科学》上，题为《多壳中空金属有机框架内高负载亚纳米颗粒的自生生产与稳定及其在锂- o2电池中的高性能应用》。
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