Completely Eradicating Singlet Oxygen in Li–O 2 Battery via Cobalt(II)-Porphyrin Complex-Catalyzed LiOH Chemistry

卟啉 化学 钴 光化学 过电位 单线态氧 催化作用 氧化还原 金属 单重态 氧气 无机化学 有机化学 电化学 激发态 物理化学 核物理学 物理 电极
作者
Hui Feng,Qi Yang,Chao Li,Lin Yang,Haigang Liu,Nian Zhang,Bingwen Hu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 846-853 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c03683
摘要

Li–O 2 batteries have an extremely high theoretical specific energy; however, the large charge overpotential and highly reactive singlet oxygen ( 1 O 2 ) are two major obstacles. Porphyrin as a special kind of macrocyclic conjugated aromatic system exhibits excellent redox activity, which can be optimized by introducing a center metal atom. Herein, 5,10,15,20-tetrakis(4-aminophenyl)-porphyrin (TAPP) and 5,10,15,20-tetrakis(4-aminophenyl)-porphyrin-Co(II) (Co-TAP) are applied as effective redox mediators for Li–O 2 batteries. The synergistic effects of a center metal atom and organic ligand make Co-TAP more favorable for oxygen reduction and evolution. To understand the fundamental reaction mechanisms with or without TAPP or Co-TAP, the discharge/charge processes and the parasitic reactions have been comprehensively studied. The results reveal that TAPP affects the formation mechanism of Li 2 O 2, while Co-TAP transforms the main discharge product into LiOH without adding extra water. Co-TAP-containing batteries operated via LiOH chemistry completely eradicate 1 O 2 and significantly alleviate the parasitic reactions associated with 1 O 2 .

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