Plasmonic RuO 2 Coupled with Work Function‐Tuned Cu(OH) 2 as Cathodes for Enhanced Visible Light‐Responsive Zn‐Air Batteries

材料科学 工作职能 等离子体子 阴极 可见光谱 光电子学 纳米技术 冶金 电气工程 工程类 图层(电子)
作者
Jiajia Li,Xin Peng,Cheng Dang,Qiancheng Zhu,Ling Li,Wenming Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (48)
标识
DOI:10.1002/adfm.202510137
摘要

Abstract Photo‐assisted Zn‐air batteries (ZABs) can enhance the kinetics of oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR/OER); however, issues like rapid charge carrier recombination and limited output voltage persist. Herein, a sandwich‐structured photo‐assisted ZABs is constructed, in which RuO 2 is respectively coupled with a hole transport layer (HTL) (RuO 2 ‐HTL) and an electron transport layer (ETL) (RuO 2 ‐ETL) as the cathodes, with Zn serving as the anode in the middle. Specifically, HTL and ETL are achieved by interfacial dipoles modulating the work function of Cu(OH) 2 , whereas photogenerated electrons and holes are originated from the plasmonic effect of RuO 2 . In the photo‐assisted discharge process, the plasmonic‐excited holes are pumped by HTL to neutralize the electrons from the Zn anode side, thereby enhancing charge separation. The retained electrons in RuO 2 facilitate the ORR process. On the contrary, ETL pumps the plasmon‐excited electrons to participate in the reduction of ZnO at the anode, while the holes retained by the extracted RuO 2 accelerate the OER. This approach breaks the overpotential barrier in RuO 2 ‐based ZABs, achieving a record‐high discharge voltage of 1.80 V and an unprecedented low charge voltage of 0.83 V. This novel cathode structure design provides an untapped pathway to obtain the high‐performance photo‐assisted batteries.
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