近期，河南大学赵勇课题组在锂氧气电池领域取得新进展，相关成果以“Greatly Promoted Oxygen Reduction Reaction Activity of Solid Catalysts by Regulating the Stability of Superoxide in Metal-O2 Batteries”为题，以全文形式在国际学术期刊《中国科学：材料》（Science China Materials, 2020, DOI: s40843-020-1519-9,影响因子=6.098）上发表。

非质子锂氧气电池因其超高理论能量密度（3500 Wh kg-1）而受到全世界的广泛关注。在电池正极侧的氧气还原反应（ORR）过程中，氧气在固体催化剂表面得电子后，生成吸附态的超氧化锂（LiO2）中间产物。非稳态的LiO2一方面会经歧化或电还原反应生成膜状且绝缘的过氧化锂(Li2O2)，而造成电化学氧还原反应提前终止；另一方面，LiO2也会与固态催化剂（如碳材料）、电解液等发生副反应，进而钝化电极导致放电终止及较差的循环寿命。如何调控LiO2的稳定以保证ORR在固态催化剂表面持续高效的进行，是锂氧气电池领域的一项重大挑战（Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2921）。

图(a)：分子添加剂-LiO2吸附能越高越有利于提高电池容量；(b)：分子添加剂-LiO2吸附能越高越有利于抑制LiO2引发的副反应

在前期工作中，团队提出了“仿生酶-辅酶协同氧还原催化反应”的研究思路。通过在电解液中加入能够捕获超氧化物的蒽醌分子，抑制正极表面致密过氧化锂膜的生成，促进固态催化剂表面氧还原反应过程（J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI:10.1021/jacs.8b13568）。在该研究工作中，通过在蒽醌分子骨架上引入不同的供吸电子基团，实现了对放电中间产物LiO2稳定性的可控调控。研究发现，含吸电子基团的1,4-二氟蒽醌（DFAQ）对LiO2的吸附强度最高，可以最大程度地稳定LiO2，从而大幅提高表面ORR的反应速率和稳定性。这一结果证明蒽醌助催化剂对LiO2吸附能的强弱对ORR的活性/稳定性具有重要影响。该研究工作不仅为调节锂氧气电池放电中间产物LiO2的稳定性提供了新的技术手段，还有助于进一步理解非质子溶剂体系下氧还原反应机制（Sci. China Mater., 2020, DOI: s40843-020-1519-9）。

特种功能材料实验室王华硕士、刘亮亮博士为论文共同第一作者，张鹏博士和赵勇博士为论文通讯作者。本工作得到了中组部、国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。

赵勇，博士，教授，河南大学特种功能材料教育部重点实验室“攀登计划”特聘教授、河南省高校科技创新人才、九三学社社员、九三学社河南省委科技委员会副主任、开封市第十二届政协委员。目前主要研究方向是电极功能材料的多尺度结构调控及其在能源转换器件中的应用，正在承担中组部引进海外高层次人才项目、国家自然科学基金、河南大学攀登教授启动基金等多个科研项目。在以材料，化学和物理等多学科背景为基础的能源转换器件领域取得了系列重要研究成果。