通过双金属掺杂诱导的纳米棒自组装制备层状Co3O4微球：迈向高效双功能Li–O2电池正极催化剂

《Green Chemistry》：Hierarchical Co3O4 microspheres via dual-metal doping-induced nanorod self-assembly: toward high-efficiency bifunctional cathode catalysts for Li–O2 batteries

Co3O4催化剂通过Cu-Mn双金属掺杂实现纳米结构自组装，有效提升锂氧电池阴极催化活性与循环稳定性。掺杂调控表面能促进定向生长，优化Co3+/Co2+比例改善电子结构，使氧析出过电位降低400mV，氧还原半波电位达0.71V，450次循环后容量保持率优异。

　　

尖晶石型Co₃O₄已被认定为锂氧电池（LOBs）极具前景的负极催化剂，这归功于其独特的双金属活性位点，这些活性位点表现出卓越的双功能催化特性。然而，这一技术的实际应用受到Co₃O₄固有导电性能的限制以及活性位点利用率不高的问题。在本研究中，采用Cu-Mn双金属掺杂策略制备了类球形的Co₃O₄结构，该结构是通过一维纳米棒的自组装形成的。Cu²⁺的引入可能在调节表面能方面发挥关键作用，从而促进纳米棒的方向性生长。Mn³⁺/Mn⁴⁺的存在对于稳定晶体结构、抑制离子迁移和溶解具有重要意义，进而延缓奥斯特瓦尔德熟化过程。Cu和Mn的这种协同作用增强了活性位点的暴露程度，并优化了电荷转移动力学。此外，双金属离子的掺杂改变了Co³⁺/Co²⁺的比例，优化了反应过程中的电子结构，实现了高效的电荷转移。定制的电子状态与优化的纳米结构的结合，使得该催化剂在氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）中表现出优异的双功能催化活性：OER的半波电位为0.71 V（相对于RHE），ORR的过电位为400 mV（10 mA cm^-2）。组装而成的锂氧电池可稳定循环450次，放电容量高达7268 mAh g^-1。本研究为高效双功能催化剂的设计提供了新的参考。