锂氧气电池能量效率低、容量衰减快和倍率性能差等问题，严重阻碍了其商业化应用，高效催化剂是解决以上问题的关键。然而，传统方法难以在原子水平上精确控制催化剂结构，限制了对其催化机制的理解和锂氧气电池性能的提升。
针对这一挑战，郑州大学窦雅颖、周震教授团队引入了一种创新的锂电化学调控方法，通过电化学方法合成了一系列
Li
+
浓度可控的
Li
x
RuO
2
催化剂。结果表明，
Li
+
嵌入
RuO
2
的八面体间隙中，诱导晶格应变效应。此外，
Li+
作为电子给体，有效地降低了
Ru
阳离子的价态，这也导致了氧空位的形成。得益于这些特性，
Li
x
RuO
2
与含氧中间体之间的电荷转移和吸附强度得到了协同增强，从而显著增强了
RuO
2
在
Li-O
2
电池中的催化性能。特别是
Li
0.52
RuO
2
催化的
Li-O
2
电池，实现了高达
80%
的能量转换效率、
321
次循环的长期寿命、
14760 mAh g
-1
的高放电容量和理想的倍率性能。该研究为原子水平高效催化剂的设计和优化提供了宝贵的见解，为
Li-O
2
电池技术的进一步发展铺平了道路。
图1.（a）在10 mA g-1的恒定电流密度下，Li+嵌入RuO2的过程示意图。（b）Li+浓度x为0至0.52的LixRuO2的XRD图谱和相应的放大图像。（c）Li+插入前（上）和后（下）RuO6八面体结构。
图2. 以RuO2或LixRuO2为正极的Li-O2电池在电流密度为（a）100 mA g-1 和（b）200 mA g-1 时的放电曲线。以RuO2或LixRuO2为正极的Li-O2电池在100 mA g−1、限制容量为500 mAh g−1下的（c）首次充放电曲线、（d）终端放电电压及（e）其对应容量和循环稳定性。
图3. RuO2和LixRuO2在截止容量为（a，b）500 mAh g-1或（c，d）1000 mAh g-1的Li-O2电池中，电流密度为500 mA g-1的循环性能。（e）RuO2和Li0.52RuO2在电流密度从100 mA g-1变化时的倍率性能。
图4. （a）LixRuO2的分波态密度（PDOS）和相应的Ru原子的d波段中心。（b）LiO2在LixRuO2表面上的吸附能随d带中心的变化。（c）Li+嵌入对RuO2催化性能影响的示意图。
上述工作以
Research Article
的形式发表在
国际顶级期刊
Chemical
S
cience
，郑州大学化工学院为
第一
通讯单位，郑州大学新能源科学与工程交叉中心窦雅颖副研究员和周震教授为共同通讯作者，硕士研究生
张正才
为论文第一作者
，硕士研究生黄笃林为共同一作
。该工作得到了国家自然科学基金
和中国博士后基金
的资助。
文章链接：http://dx.doi.org/10.1039/D4SC03242J
作者简介
张正才（第一作者），郑州大学2023级硕士研究生，2023年毕业于河南科技大学化学工程与工艺专业，同年考入郑州大学化工学院，师从窦雅颖研究员，主要从事于金属空气电池机理揭示方面的研究。
黄笃林（共同第一作者），郑州大学2022级硕士研究生，2022年毕业于郑州大学化学工程与工艺专业，同年考入郑州大学化工学院，师从周震教授，主要从事于二维材料层间滑移机制探索的研究。
窦雅颖（通讯作者），郑州大学化工学院直聘副研究员。2021年毕业于吉林大学凝聚态物理专业，获理学博士学位。同年8月加入郑州大学，主要研究方向为金属空气电池，涉及反应机理揭示、高效催化剂设计、催化机理探究等方面。主持国家自然科学青年基金项目、中国博士后面上项目等科研基金；近年来在Natl. Sci. Rev.、CCS Chem.、Electrochem. Energy Rev.、Energy Storage Mater.等期刊以第一/通讯作者发表论文十余篇。
周震（通讯作者），郑州大学化工学院院长、二级教授、博士生导师。主持国家重点研发计划项目课题和国家自然科学基金重点项目等研究。通过高通量计算、机器学习与实验相结合开展新能源研究。在国内外期刊发表论文350余篇。论文被引用39000余次，h-index为112。2014-2023年连续10年入围“爱思唯尔”中国高被引学者榜。2018-2023年连续6年入选“科睿唯安”全球高被引科学家。2020年入选英国皇家化学会会士(FRSC)。现为Journal of Materials Chemistry A和Green Energy and Environment等期刊副主编、Interdisciplinary Materials学术编辑、Journal of Power Sources机器学习专刊客座编辑以及Batteries & Supercaps和《电化学》等七本期刊编委以及中国电子学会化学与物理电源技术分会第八届委员会委员、中国化学会理论化学专业委员会委员。
