近日，团队成员黄任枢博士在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》发表题为“Strong electronic coupling of NiCo₂O₄ and CeO₂ regulates the nucleation and decomposition of Li₂CO₃ for high-rate performance Li–CO₂ batteries”的研究文章（DOI: 10.1016/j.cej.2024.151191）。

Li–CO₂电池在能量储存和CO₂固定方面具有巨大的潜力。然而，电池放电的主要产物Li₂CO₃是一种宽带隙绝缘体，在充电时需要在较高的电位下才能发生分解，从而导致大的极化和缓慢的CO₂ER动力学，严重阻碍了Li–CO₂电池的发展。

基于此，我们团队通过溶剂热法和煅烧法制备了具有强电子耦合效应的NiCo₂O₄/CeO₂催化剂，以提高Li–CO₂电池的性能。研究发现，NiCo₂O₄和CeO₂的强电子耦合增强了催化剂的本征活性，促进了具有良好可逆性的膜状Li₂CO₃的生成，从而提高了电池在大电流密度下的性能。此外，强电子耦合效应削弱了吸附在NiCo₂O₄/CeO₂阴极上的Li₂CO₃的C–O键的键能，促进了Li₂CO₃在充电过程中发生分解，提高了CO₂ER动力学性能。因此，NiCo₂O₄/CeO₂阴极在2000 mA g⁻¹的大电流密度下的放电比容量高达7767 mAh g⁻¹，并且可以稳定循环240次以上，优于大多数已报道的金属基催化剂。

该研究成果以广西大学化学化工学院为通讯单位，尹诗斌教授为通讯作者，2020级博士研究生黄任枢为论文第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金、广西研究生教育创新项目和广西大学高性能计算平台的资助和支持。

图1.（a-c）Ni 2p，Co 2p和Ce 3d的XPS光谱；（d，e）NiCo₂O₄和CeO₂的功函数计算；（f，g）NiCo₂O₄和NiCo₂O₄/CeO₂的理论结构模型；（h）NiCo₂O₄/CeO₂的电荷密度差图；（i）NiCo₂O₄、CeO₂和NiCo₂O₄/CeO₂的TDOS。

图2.（a）在2000 mA g⁻¹和（c）4000 mA g⁻¹下的循环性能；（b）NiCo₂O₄/CeO₂与文献报道的金属基催化剂的性能比较；（d）NiCo₂O₄/CeO₂基Li–CO₂电池点亮LED的数码相片；（e）快充性能。

图3. NiCo₂O₄/CeO₂在不同阶段的PDOS：（a）原始状态，吸附（b）一个Li原子和（c）一个CO₂分子后；Li₂C₂O₄吸附在（d）NiCo₂O₄，（e）CeO₂和（f）NiCo₂O₄/CeO₂上的能量最优结构；（g）NiCo₂O₄，（h）CeO₂和（i）NiCo₂O₄/CeO₂吸附Li₂C₂O₄后的电荷密度差；（j）Li₂CO₃的形成机制示意图。