近日，我校能源材料化学研究院王永刚教授（双聘）和郭自洋研究员团队取得重要研究进展，相关成果在化学领域的国际顶级学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表，题为“A Highly Reversible Sn-Air Battery Possessing the Ultra-Low Charging Potential with the Assistance of Light” (论文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202407856)。我校能源材料化学研究院博士研究生高明泽为第一作者，王永刚教授(双聘)和郭自洋研究员等为通讯作者，内蒙古大学为论文第一完成单位。

水系金属-空气电池因其高理论能量密度、低成本和优异安全性等优点而受到广泛关注。其中锡-空气电池由于其负极锡金属具有无枝晶、大可逆容量、抗腐蚀和无毒等特性近年来成为研究的热点。然而锡-空气电池的空气催化电极也存在着非常迟缓的氧化还原动力学等问题，严重影响了锡-空气电池的电化学性能。尽管近年来已有许多研究致力于构建高效专用电催化正极材料，但相应锡-空气电池的充电过电位(~1000 mV)仍不能令人满意。王永刚教授(双聘)和郭自洋研究员团队以锡-空气电池为研究对象，通过设计一种具有异质结构的氧化铁包覆的二氧化钛复合材料(Fe2O3@TiO2/Ti)，并将其作为锡-空气电池的催化正极，相应电池在光照条件下展现出了极小的充电过电位。

图1. TiO2/Ti和Fe2O3@TiO2/Ti的表征。(a) Fe2O3@TiO2/Ti的合成示意图。(b) TiO2/Ti和Fe2O3@TiO2/Ti的XRD图。(c, d) 分别为 (c) TiO2/Ti 和 (d) Fe2O3@TiO2/Ti的SEM图像。(e) Fe2O3@TiO2/Ti的高分辨率TEM图像；(f) TiO2/Ti和Fe2O3@TiO2/Ti的Ti 2p和 (g) O 1s XPS光谱；(h) TiO2/Ti和Fe2O3@TiO2/Ti的电子顺磁共振光谱。

Fe2O3@TiO2/Ti催化正极由于具有独特的核壳异质结构和组成(如图1所示)，在锡-空气电池中具有多重催化作用。具体来说，Fe2O3@TiO2/Ti不仅可以作为电催化剂显著提高锡-空气电池中ORR/OER催化性能，而且还具有优异的光催化活性，在光照条件下协助锡-空气电池充电进一步降低了过电位。因而相应的锡-空气电池在光照条件下展现出了仅为40mV的充放电过电位，并且可以稳定循环160小时(如图2所示)。

图2. 光辅助可充电锡空气电池的性能。(a) 光辅助锡空气电池的充放电过程示意图；(b) 典型的恒流放电和充电曲线；(c) 在光照或无光照情况下，电流密度为0.1mAcm-2时，基于Fe 2O3@TiO2/Ti或TiO2/Ti的可充电锡空气电池的循环性能；(d-f)在光照和无光照条件下，使用Fe2O3@TiO2/Ti或TiO2/Ti催化电极的可充电锡空气电池的速率性能。

综上，该研究不仅为设计新型金属-空气电池提供了宝贵的参考，也为光辅助催化电极的设计和应用开辟了新的道路。该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金及内蒙古自治区自然科学基金和科技计划等项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202407856