Ru-N₄/MXene单原子催化剂

双d带协同突破动力学

通过N配位调节Ru位点与MXene载体的电子结构，实现Li₂CO₃垂直生长与低势垒分解的协同，大幅提升Li-CO₂电池的可逆性。

Tian, Xue · 刘欢 · 曹斌 · 徐斌

Angewandte Chemie - International Edition 2026

具体参数

放电比容量

{'zh': '14757', 'en': '14757'} mA h g⁻¹

充电过电位

{'zh': '0.56', 'en': '0.56'} V

循环寿命

{'zh': '3000', 'en': '3000'} h

技术优势

充电过电位极低

Ru-N₄位点调节MXene中Ti的d带中心，削弱Li₂CO₃中的Li─O键，显著降低分解势垒，从而大幅降低充电过电位。

循环稳定性超长

得益于垂直Li₂CO₃纳米片结构和低分解势垒，电池在100 mA g⁻¹下稳定循环超过3000小时，远优于常规催化剂。

放电容量高

N配位使Ru的d带中心上移，增强对中间体的吸附，引导Li₂CO₃垂直生长为纳米片，确保电子与离子传输高效，实现了14757 mA h g⁻¹的高放电比容量。

应用场景

• Li-CO₂电池正极催化剂：取代常规碳基催化剂，大幅降低充电过电位，延长电池寿命。
• 金属-空气电池催化剂：界面双d带协同设计可拓展至其他金属-空气电池，解决放电产物分解难题。
• CO₂还原电催化剂：利用Ru-N₄对CO₂中间体的强吸附能力，提高CO₂还原的选择性和效率。
• MXene基电催化剂：MXene作为载体通过双d带中心调控活性位点电子态，为电催化提供新思路。