由于緩慢的CO₂還原/演化電化學(xué)導(dǎo)致的大電位極化，降低了可再充電Li-CO₂電池能源效率和循環(huán)性能。其中，打破Li- CO₂電池動(dòng)力學(xué)瓶頸的一種可能性是設(shè)計(jì)具有柔性幾何和電子結(jié)構(gòu)的高效催化劑。

基于此，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良院士、昆明理工大學(xué)張英杰教授和曾曉苑教授等人報(bào)道了一種具有獨(dú)特合金雙催化位點(diǎn)的高效協(xié)同催化劑，該催化劑由均勻的超細(xì)Ir-Ru合金納米顆粒修飾氮摻雜CNT復(fù)合材料（記為IrRu/N-CNT）組成。具有該催化劑的Li-CO₂電池提供了6228 mAh g^-1的高放電容量和7660 h的出色穩(wěn)定性。

通過DFT計(jì)算，作者研究了CO₂分子和Li₂CO₃簇在Ir、Ru和Ir-Ru納米合金(111)、(101)和(101)晶格面上的吸附行為。通過計(jì)算CO₂還原過程和暴露晶格面上不同中間體在開路和平衡電位下的反應(yīng)自由能，得到了最佳反應(yīng)路徑。

結(jié)果表明，暴露活性位點(diǎn)上的游離CO₂分子形成*Li₂CO₃需要多步反應(yīng)，*表示催化表面的吸附物。*CO₂在Ir、Ru和Ir-Ru合金上的反應(yīng)能分別為-6.80、-8.32和-7.71 eV，表明Ru具有較強(qiáng)的CO₂吸附能力，吸附的CO₂傾向于靠近Ru的催化位點(diǎn)，Ir-Ru合金催化劑中的Ru元素起主要作用。

當(dāng)一個(gè)被吸附的*CO₂分子與一個(gè)游離的CO₂分子結(jié)合形成*C₂O₄時(shí)，*C₂O₄在Ru的(101)面上的反應(yīng)自由能最低，表明Ru對(duì)第二個(gè)游離的CO₂分子仍具有較強(qiáng)的吸附能力。在Ir-Ru合金中，Ru仍然是主要的催化位點(diǎn)。由于Ru對(duì)CO₂有較強(qiáng)的催化能力，*CO₂在Ir-Ru合金(101)面中比在Ir(111)面中更容易轉(zhuǎn)化為*C₂O₄。

在放電過程中，被化學(xué)吸附在Ir-Ru納米合金表面的兩個(gè)CO₂分子從陰極上捕獲兩個(gè)電子，形成不穩(wěn)定的C₂O₄^2?物種。然后，不穩(wěn)定的C₂O₄^2?中間體迅速經(jīng)過兩步反應(yīng)生成Li₂C₂O₄。Li₂C₂O₄中間體歧化生成Li₂CO₃。在CO₂還原反應(yīng)過程中，為自發(fā)反應(yīng)。

Dual Catalytic Sites of Alloying Effect Bloom CO₂ Catalytic Conversion for Highly Stable Li-CO₂ Battery. Adv. Funct. Mater., 2023.