研究人员提出了一种用于先进储能设备的新型电极材料，该材料可直接从空气中充入氧气。Jeung Ku Kang 教授的团队通过在分子水平上控制反应物的行为，在金属有机骨架 (MOF) 内以高质量负载合成并保存了原子团簇大小的亚纳米粒子。这一新策略确保了锂氧电池的高性能，被誉为下一代储能技术并广泛应用于电动汽车。

锂氧电池原则上可以产生比传统锂离子电池高十倍的能量密度，但它们的循环性能非常差。提高循环稳定性的方法之一是降低阴极电极中电催化剂的过电位。当电催化剂材料的尺寸减小到原子水平时，增加的表面能导致活性增加，同时显着加速材料的团聚。

作为应对这一挑战的解决方案，材料科学与工程系的康教授旨在通过将原子级大小的电催化剂稳定到亚纳米空间来保持改进的活性。这是一种在金属有机框架 (MOF) 内同时生产和稳定原子级电催化剂的新策略。

金属有机骨架不断组装金属离子和有机连接体。

该团队控制水分子之间的氢亲和力，将它们分离，并将分离出的水分子一个一个地转移到 MOF 的亚纳米孔中。在精确控制的合成条件下，转移的水分子与钴离子反应形成双核氢氧化钴，然后原子级氢氧化钴稳定在亚纳米孔内。

在金属有机骨架(MOF)的亚纳米孔中稳定的双核氢氧化钴将过电位降低了 63.9%，并在生命周期中显示出十倍的改善。

康教授说：“在MOFs内同时产生和稳定原子级电催化剂可以根据金属和有机连接体的多种组合使材料多样化。它不仅可以扩展电催化剂的发展，而且可以扩展光催化剂、医​​学、环境和石化。”

这项研究发表在Advanced Science 上，标题为“多壳空心金属有机框架内高负载亚纳米粒子的自生生产和稳定性及其在 Li-O 2电池中的高性能应用”。