董全峰教授课题组在锂空气电池正极材料研究中取得重要进展，相关研究成果 “An open-structured matrix as oxygen cathode with high catalytic activity and large Li2O2 accommodations for lithium-oxygen batteries”发表在《先进能源材料》(Adv. Energy Mater. DOI:10.1002/aenm.201800089)。该工作得到了评审人的高度评价，认为“这一工作为我们解决困扰锂空电池的问题建立了一个好的示范”（This work has set us a good example to resolve the difficulties troubling the Li-O2 battery）；编辑部推荐将该研究成果作为“视频摘要”在Wiley Online平台进行介绍。
非水系锂空气（Li-O2）电池主要是基于Li2O2的生成与分解来进行能量的存储，由于其采用金属锂作为负极，空气中的氧气作为正极的活性物质，因而具有极高的理论能量密度，可达现有锂离子电池的10倍左右，被认为是一代所谓“终极”化学电源。虽然锂空气电池是非常有吸引力的电化学储能体系，但要实现其广泛应用，仍然有很多困难需要克服。对其中关键的空气电极而言，主要有以下三个方面的问题：（1）气体电极结构问题。不溶的放电产物Li2O2容易堵塞空气电极，阻碍氧气的扩散与进一步反应，使得其实际放电容量远远低于理论放电容量；（2）氧气反应的动力学问题。氧气在空气电极上的氧化还原反应较为缓慢，导致充放电过程的过电位较大（通常大于1 V）；（3）界面问题。放电产物Li2O2与空气电极的接触界面问题，直接影响充电过程，使得Li2O2不能被完全分解，造成锂空气电池的可逆性较差。
针对这些问题，该研究设计和合成出一种具有开放式结构的剑麻状Co9S8材料，并首次将其作为锂空气电池正极。通过系统的研究发现，其开放状结构不仅为反应产物提供了丰富储存空间，有效避免不溶Li2O2对空气电极的堵塞。而且，特殊的开放式结构有利于氧气的俘获与释放，为高效快速电极反应提供保障；其次，Co9S8具有优异的催化活性，有效改善了氧气反应动力学，大幅度提高了电极反应速度；最后，Co9S8且具有良好的氧气亲和性，可以诱导氧气在Co9S8纳米棒表面反应生成过氧化锂，形成优异的Li2O2/电极接触界面，从而有利于充电过程中充分发挥Co9S8的催化效率，促进Li2O2的完全分解。所以，该Co9S8空气电极综合解决了上述三个方面的问题，相应的锂空电池表现出优异的电化学性能。在50 mA g-1的电流密度下，可以获得高达~6875 mAh g-1的放电容量，在控制放电容量为1000 mAh g-1的条件下，可以将充放电过电位降低至0.57 V，优于目前已报道的氧化物基催化剂。本文也结合实验与理论计算，提出了Li2O2的反应机理，对设计和优化气体电极具有理论指导意义。
研究工作在董全峰教授和郑明森副教授的指导下，主要由biwn必赢2015级iChEM直博生林晓东（第一作者）完成，理论计算部分由袁汝明助理教授（共同第一作者）完成，博士生蔡森荣、江友红、雷杰、刘三贵等参与了部分工作。廖洪钢教授和泉州师范学院吴启辉教授分别在透射电子显微镜和X射线光电子能谱方面提供了积极的帮助与支持。此外，傅钢教授在理论计算方面予以的建议，陈嘉嘉博士（格拉斯哥大学）和王苏恒博士生（2015级iChEM直博生）参与实验方面讨论。
该工作得到了科技部重大基础研究计划（973计划，项目批准号：2015CB251102）、国家自然科学基金委（项目批准号：21673196、21621091、21703186）和中央高校基本科研业务费专项资金（项目批准号：20720150042）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.201800089
