Heme biomolecule as redox mediator and oxygen shuttle for efficient charging of lithium-oxygen batteries

生物分子 氧化还原 氧气 化学 氧气储存 锂(药物) 催化作用 析氧 血红素 电解质 阴极 组合化学 无机化学 电化学 电极 有机化学 生物化学 医学 物理化学 内分泌学
作者
Won‐Hee Ryu,Forrest S. Gittleson,Julianne M. Thomsen,Jinyang Li,Mark Schwab,Gary W. Brudvig,André D. Taylor
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:143
标识
DOI:10.1038/ncomms12925
摘要

Abstract One of the greatest challenges with lithium-oxygen batteries involves identifying catalysts that facilitate the growth and evolution of cathode species on an oxygen electrode. Heterogeneous solid catalysts cannot adequately address the problematic overpotentials when the surfaces become passivated. However, there exists a class of biomolecules which have been designed by nature to guide complex solution-based oxygen chemistries. Here, we show that the heme molecule, a common porphyrin cofactor in blood, can function as a soluble redox catalyst and oxygen shuttle for efficient oxygen evolution in non-aqueous Li-O 2 batteries. The heme’s oxygen binding capability facilitates battery recharge by accepting and releasing dissociated oxygen species while benefiting charge transfer with the cathode. We reveal the chemical change of heme redox molecules where synergy exists with the electrolyte species. This study brings focus to the rational design of solution-based catalysts and suggests a sustainable cross-link between biomolecules and advanced energy storage.

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