研究背景根据国际能源署(IEA)发布的《国际能源和CO2状态报告》,由于化石燃料的大量燃烧(尤其以煤为能源的工厂),CO2排放量自2000年逐年增加。这就反映出利用再生能源来减少CO2排放的紧迫性以及固定、利用和转化CO2的必要性。可充电金属-CO2电池是用于CO2固定、能量转化和储存的最有潜力的技术之一。Li-CO2电池因具有相对高的平衡电压(Li+/Li为2.80V)和理论能量密度(1876 Wh kg-1)引起了广泛关注。然而Li-CO2电池的极化大、往返效率低以及循环稳定性差等瓶颈问题阻碍了其实际应用。这些问题主要是由于放电产物碳酸锂的电绝缘性和热力学稳定性,导致中间充电过程中需要高电压。为了更好地分解放电产物碳酸锂,需要制备强催化剂。用于Li-CO2电池的传统催化剂有:碳材料(科琴黑(KB)、多壁碳纳米管(CNTs)、石墨烯等)、过渡金属及其复合物(Ni、MnO、ZnS等)、贵金属(Ru、Ir等)。但这些催化剂仍难以避免碳酸锂在空气-正极表面积累,阻碍气体扩散通道,造成循环过程中催化剂的活性位点失活,最终导致电池性能恶化至耗尽。因此,设计开发用于Li-CO2电池的高性能正极催化剂、深度理解其催化机理是很重要的。为了解决碳酸锂难分解的问题,天津大学姚建年院士/北京交通大学王熙团队开发了渗碳法来合成无杂质的W2C复合物,以W2C-CNTs为催化剂的Li-CO2电池不仅获得超低充电电压(3.2V)和高往返效率(90.1%),而且维持了良好的放电容量和循环特性。相关研究成果已发表在ACS Energy Lett. 期刊,题目为“Breaking the Stable Triangle of Carbonate via W−O Bonds for Li-CO2 Batteries with Low Polarization”。