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Molecular catalysts with electronic axial stretching for high-performance lean-oxygen seawater batteries

催化作用 海水 氧气 吸附 阳极 化学工程 化学 电池(电) 碳纤维 材料科学 电极 功率(物理) 有机化学 物理化学 地质学 复合材料 海洋学 物理 量子力学 复合数 工程类
作者
Quanjun Tang,Liang Bai,Chen Zhang,Rongwei Meng,Li Wang,Chuannan Geng,Yong Guo,Feifei Wang,Yingxin Liu,Guisheng Song,Guowei Ling,Haitao Sun,Zhe Weng,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier]
卷期号:68 (24): 3172-3180 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.scib.2023.09.049
摘要

A dissolved-oxygen seawater battery (SWB) can generate electricity by reducing dissolved oxygen and sacrificing the metal anode at different depths and temperatures in the ocean, acting as the basic unit of spatially underwater energy networks for future maritime exploration. However, most traditional oxygen reduction reaction (ORR) catalysts are out of work at such ultralow dissolved oxygen concentration. Here, we proposed that the electronic axial stretching of the catalyst is essentially responsible for enhancing the catalyst's sensitivity to dissolved oxygen. By modulating the lattice of iron phthalocyanine (FePc) as a model catalyst, the unique electronic axial stretching in the z-direction of planar FePc molecules was realized to achieve a boosted adsorption and electron transfer and result in a much improved ORR activity in lean-oxygen seawater environment. The peak power density of a homemade SWB using a practical carbon brush electrode decorated by the FePc is estimated to be as high as 3 W L-1. These results provide inspiring insights into the interaction between the catalyst and complicated seawater environment, and propose the electronic axial stretching as an effective indicator for the rational design of catalysts to be used in extremely lean-oxygen environment.
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