非质子锂氧气(Li-O2)电池因其在各种可充电电池中理论能量密度最高而引起了人们极大的兴趣。然而，阴极缓慢且不可逆的三相反应严重阻碍了该体系的研究进展。因此，开发高效的阴极催化剂，加速放电产物Li2O2可逆的形成/分解，对于锂氧气电池体系的研究至关重要。
邓昭教授课题组提出了一种以金属有机框架ZIF-8为模板，通过高温处理制备高比表面积（1600 m2g-1）的微孔碳，并负载Ru纳米颗粒的催化剂设计方案。该方案不仅满足了锂氧电池阴极催化剂所需的多孔结构和高比表面积，优异的导电性，而且充分利用了表面Ru纳米颗粒的ORR/OER催化活性。这个“一石三鸟”的方案使得我们对锂氧气电池阴极催化剂的设计获得了极大的启发，从而为提升锂氧气电池的电化学性能提供了理性的指导。该工作以“Ru-Embedded Highly Porous Carbon Nanocubes Derived from Metal−Organic Frameworks for Catalyzing Reversible Li2O2 Formation”为题，发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》，第一作者为硕士研究生魏乐，通讯作者为邓昭教授，赵亮老师。
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图1. Ru@MCN的制备与表征
利用SEM，XRD，BET及TEM等多种表征技术，证明了该纳米材料超高的比表面积，以及Ru纳米颗粒的均匀负载。
图2. Ru@MCN、MCN和Super P在锂氧气电池中的电化学性能。
通过对比Ru@MCN、MCN和商用导电碳Super P的电化学性能，证明了高催化活性的Ru纳米颗粒和高比表面的多孔结构，对于提升锂氧气电池的放电容量，降低其过电位具有显著的效果。
图3. Ru@MCN的循环及倍率性能
Ru@MCN相对于其他两个样品具有更突出的循环稳定性和倍率性能，即使在1000 mA g-1的大电流密度下仍可稳定的循环100圈以上，通过研究循环前后的EIS发现，之所以Ru@MCN具有更优异的稳定性，是因为放电产生的绝缘产物Li2O2具有更好的可逆性。
图4. 证明Li2O2可逆的形成/分解的阴极的(非)原位表征。
通过SEM、XRD及XPS发现该体系的放电产物为片状Li2O2,且在充电后可以充分的消耗，从而实现稳定可逆的循环。原位DEMS检测到放电过程及充电过程中的电子与氧气的比值分别为2.07和2.05，证实了副反应在该体系中非常微弱。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c06572