Exciton Dissociation into Charge Carriers in Porphyrinic Metal‐Organic Frameworks for Light‐Assisted Li‐O2 Batteries

光激发 材料科学 载流子 激子 离解(化学) 光化学 电子 金属 化学物理 原子物理学 光电子学 物理化学 化学 激发态 冶金 物理 量子力学
作者
Bo Wen,Yaohui Huang,Zhuoliang Jiang,Yuzhe Wang,Weibo Hua,Sylvio Indris,Fujun Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (32) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adma.202405440
摘要

Abstract Light‐assisted Li‐O 2 batteries exhibit a high round‐trip efficiency attributable to the assistance of light‐generated electrons and holes in oxygen reduction and evolution reactions. Nonetheless, the excitonic effect arising from Coulomb interaction between electrons and holes impedes carrier separation, thus hindering efficient utilization of photo‐energy. Herein, porphyrinic metal‐organic frameworks with (Fe 2 Ni)O(COO) 6 clusters are used as photocathodes to accelerate exciton dissociation into charge carriers for light‐assisted Li‐O 2 batteries. The coupling of Ni 3d and Fe 3d orbitals boosts ligand‐to‐metal cluster charge transfer, and hence drives exciton dissociation and activates O 2 for superoxide ( • O 2 − ) radicals, rather than singlet oxygen ( 1 O 2 ) under photoexcitation. These enable the light‐assisted Li‐O 2 batteries with a low total overvoltage of 0.28 V and round‐trip efficiency of 92% under light irradiation of 100 mW cm −2 . This work highlights the excitonic effect in photoelectrochemical processes and provides insights into photocathode design for light‐assisted Li‐O 2 batteries.
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