锂-氧电池中放电产物过氧化锂的氧化机制和分解界面的研究对于电极催化剂的设计至关重要，但已报导的文献对这一问题存在颇多争议，这使得电极催化剂的设计缺少普遍认可的理论基础。
最近，香港中文大学的卢怡君教授（Yi-Chun Lu）及其团队采用同位素标记法以及原位质谱，首次揭示了在常规电池操作条件下过氧化锂的分解界面，并提出了催化剂的作用机理，为锂-氧电池的材料设计提供了有效的理论依据。
对于过氧化锂分解界面的研究，以往文献所使用的方法大多偏离锂-氧电池的实际情况。例如，采用原位光谱学方法得出的结论往往基于过氧化锂是均匀分布的膜状物，而在实际电池中人们观察到的常常是微米级的颗粒；又如，采用原位电镜研究时所施加的电位通常远远偏离锂-氧电池的正常工作电位，这些因素造成了人们对过氧化锂分解界面的认识存在诸多分歧。为此，卢怡君教授团队采用同位素标定法模拟真实锂-氧操作条件，研究了过氧化锂的分解界面。研究人员将组装成的锂-氧电池依次在普通氧气（16O2）和同位素氧气（18O2）中放电，构筑了一种壳为Li218O2核为Li216O2的颗粒产物结构。二次离子质谱表明，Li218O2主要集中在产物的表面，也就是与电解液接触的界面，Li216O2主要集中在产物的内部，也就是与电极材料接触的界面。在充电过程中，同位素氧气（18O2）首先逸出，常规氧气（16O2）随后逸出。这表明，过氧化锂的分解是在电解液/过氧化锂颗粒的界面进行的。
研究人员认为，在充电伊始，过氧化锂首先与催化剂形成了一层稳定的界面，这一界面使得过氧化锂/电极界面的氧原子被稳定而不易脱离，然后锂离子从过氧化锂的外表面迁移至过氧化锂/电极的界面，同时氧气从过氧化锂颗粒的外表面逸出。这一说法提出了催化剂的作用机制，同时解释了过氧化锂从电解液/过氧化锂界面分解的内在原因。同时，这种同位素标定加上质谱分析的方法为人们研究金属-空气电池的反应机制提供了新的思路。
相关结果发表 Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是香港中文大学的王余博士。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Isotopic Labeling Reveals Active Reaction Interfaces for Electrochemical Oxidation of Lithium Peroxide
Yu Wang, Yi-Chun Lu
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201901350
导师介绍
卢怡君
https://www.x-mol.com/university/faculty/37837
（本稿件来自Wiley）
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