Promoting oxygen electrode reaction kinetics in photo-assisted Li–O2 batteries through heterostructure design and built-in electric field construction

电场 异质结 电极 动力学 氧气 克拉克电极 光电子学 化学 材料科学 物理 物理化学 有机化学 量子力学 电解质
作者
Yinglei Tao,Tao Wang,Xingyu Yu,Ke Gong,Hao Gong,Haixia Chen,Xiaoli Fan,Aidi Zhang,Xianli Huang,Kun Chang,Jianping He
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (41): 17073-17083 被引量:12
标识
DOI:10.1039/d4sc04923c
摘要

Li-O2 batteries (LOBs) boast an exceptionally high theoretical energy density; however, the slow kinetics of the oxygen electrode reaction have been a significant hurdle in their advancement and practical application. In this study, a composite of bismuth oxyhalide heterojunction incorporated with metal-organic frameworks (MOFs) was engineered on carbon cloth (Zr-MOF/BiOIBr/CC) as an efficient bifunctional catalyst to enhance the oxygen electrode reaction in photo-assisted LOBs. Compared to Zr-MOF/CC, Zr-MOF/BiOIBr/CC significantly expands the light absorption spectrum of the catalyst. Furthermore, the built-in electric field in the heterojunction aids in the separation and directional movement of photogenerated carriers, thereby expediting the reaction kinetics of LOBs. Consequently, the photo-assisted LOBs with Zr-MOF/BiOIBr/CC as the cathodes display a discharge potential of 3.05 V, a low charge potential of 3.20 V, and an energy efficiency of up to 95.3%, and can sustain an extended cycle life of over 255 cycles. This study underscores the potential application of MOFs/semiconductor heterostructural materials in photo-assisted LOBs and offers insights into the systematic design of photo-assisted air batteries and other advanced semiconductors.
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