成会明院士&周光敏，发表AM！

由于Li-CO2电池的高能垒、缓慢的反应动力学和复杂的反应环境，开发耐用且高效的催化剂至关重要。过渡金属氧化物因其可用性、稳定性和 3d 电子特性具有前景广阔，其中自旋态在 CO2 活化中发挥着重要作用。

在此，中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士，清华大学周光敏等人通过将 Ni 掺入 Co3O4中来调节局部自旋态，并探讨了其对 Li-CO2 电池活性的影响。

结果表明，Ni0.1Co2.9O4 中高自旋态的 Ni 原子有利于电子从催化剂转移到 CO2 的未占据轨道，为小 Li2CO3 晶体的成核和生长提供足够的活性位点。基于此，Ni0.1Co2.9O4表现出优异的催化性能，500小时后过电势为0.72 V，能量效率约为70%。

图1. 倍率性能和 Li2CO3 形成

总之，该工作通过掺入不同量的Ni来调节局部自旋态，以增强钴基尖晶石在Li-CO2电池中的催化能力。结果表明，Ni0.1Co2.9O4表现出优异的 CO2 反应活性，容量为 2824 µA h cm−2，库仑效率为 95.5%，优于 Co3O4、Ni0.5Co2.5O4 和 Ni1Co2O4。

此外，Ni0.1Co2.9O4中的HS态Ni可促进电子转移到未占据的CO2轨道，从而促进电池反应。CO2和Ni0.1Co2.9O4之间的强相互作用也为Li2CO3颗粒的均匀成核和生长提供了更多的活性位点，减少了充电过程中的分解势垒。

基于此，Ni0.1Co2.9O4表现出优异的倍率性能和循环性能。因此，该工作提供了对自旋态和催化性能之间关系的理解，同时可作为改进锂二氧化碳电池的指南。

图2. CO2 反应机理和动力学