本次报道的文档属于类型a，是一项关于锂二氧化碳（Li-CO2）电池的原创性研究。以下是详细报道内容：

一、研究团队与发表信息

本研究由Yuchun Liu, Tianqi Liu, Xingwu Zhai, Jing Zhang等学者主导，通讯作者为Weiren Cheng, Min Zhou（中国科学技术大学）和Yujian Xia（美国劳伦斯伯克利国家实验室）。研究团队来自中国科学技术大学化学与材料科学学院、东南大学材料科学与工程学院等单位。该成果发表于Advanced Materials期刊，发表日期为2025年7月，DOI号为10.1002/adma.202507871。

二、学术背景与研究目标

科学领域：本研究属于电化学储能领域，聚焦于锂二氧化碳电池（Li-CO2 battery）的正极材料开发与反应路径调控。
研究背景：
Li-CO2电池因超高的理论能量密度（1876 mAh/g）成为极端环境（如深地勘探）的理想储能技术。然而，传统电池的放电产物Li2CO3（碳酸锂）因热力学稳定、分解动力学迟缓，导致电池能量效率低、循环寿命短。尽管将反应路径转向亚稳态产物Li2C2O4（草酸锂，理论能量密度1326 mAh/g）可缓解这一问题，但其易分解为Li2CO3的特性仍制约实际应用。
研究目标：
通过设计具有“亚表面电子陷阱（subsurface electron trap）”效应的钼基催化剂（MoB），稳定Li2C2O4的C-C键，实现高能量效率（>85%）和长循环稳定性（>1400小时）的Li-CO2电池。

三、研究流程与实验方法

1. 材料设计与理论计算

• 催化剂筛选：通过密度泛函理论（DFT）计算，对比MoB与Mo2C的电子结构。MoB的亚表面硼（B）原子因低电负性（2.04）形成电子陷阱，从表面Mo原子抽取电子，提升其d带能级，增强与草酸根（C2O4^2−）中O的轨道杂化。
  
• 电子结构分析：采用Bader电荷分析（图2b）、电子局域函数（ELF，图2d）和态密度（DOS，图2e-f）证实MoB的电子局域化效应。
  
• 吸附能与反应路径模拟：计算Li2C2O4和Li2CO3在MoB与Mo2C表面的吸附能及分解能垒（图5a,e），显示MoB通过强化Mo-O键抑制Li2C2O4向Li2CO3的转化。

2. 材料合成与表征

• 合成方法：采用固相法制备MoB与Mo2C，通过X射线衍射（XRD，图S2）和能谱（EDS，图S3）验证材料纯度和原子分布。
  
• 同步辐射表征：X射线吸收近边结构（XANES，图2g）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS，图2h-i）分析显示MoB中Mo-Mo键长（2.86 Å）比Mo2C（2.97 Å）更短，证实硼的电子调控作用。

3. 电化学性能测试

• 电池组装：以MoB或Mo2C为正极，CNT（碳纳米管）为导电剂，电解液为1M LiTFSI/DMSO+0.3M LiNO3，组装CR2032扣式电池。
  
• 阻抗分析（图3a）：MoB的界面电阻（RSEI=133.8 Ω）和电荷转移电阻（RCT=264.8 Ω）较Mo2C降低51.6%和38.0%。
  
• 循环性能（图3f-g）：在70 μA cm⁻²电流密度下，MoB电池可稳定循环1400小时，能量效率>85%；高温（90°C）下仍保持>90%效率（图6d）。

4. 反应机理研究

• 原位表征：
  
  • 原位拉曼光谱（图4d）显示放电产物仅为Li2C2O4，无Li2CO3特征峰（1089 cm⁻¹）。
    
  • 差分电化学质谱（DEMS，图S15）定量证实MoB表面草酸盐路径的电荷效率接近理论值。
    
• 分布弛豫时间（DRT）分析（图4e）：MoB的电荷转移峰强度低于Mo2C，表明其反应动力学更优。

四、主要研究结果

1. 电子结构调控效应：亚表面硼原子通过电子陷阱效应提升Mo的d带中心，增强其与草酸根O的轨道杂化（图5i），使Li2C2O4的C-C键结合能提高20%（图5f）。
   
2. 电化学性能突破：MoB电池在宽温域（20-90°C）下表现稳定（图6b-c），高温（90°C）循环180小时后效率仍>90%，优于现有非贵金属催化剂（表S3）。
   
3. 反应路径验证：DFT计算结合实验证实，MoB通过Mo-O键稳定Li2C2O4，其分解能垒比Mo2C高0.3 eV（图5a,e），避免了Li2CO3的累积（图4b）。

五、研究结论与价值

科学价值：
- 提出“亚表面电子陷阱”策略，为调控电催化剂表面电子结构提供新范式。
- 阐明Li2C2O4稳定化的电子机制（Mo-O键强化与C-C键保护），丰富了锂二氧化碳电池的反应路径理论。
应用价值：
- 开发的MoB基电池在极端环境（如深地高温）中具有实际应用潜力，推动高能量密度储能器件的发展。

六、研究亮点

1. 创新性设计：首次利用硼的电子陷阱效应调控催化剂表面原子轨道，实现Li2C2O4的动力学稳定。
   
2. 跨尺度表征：结合同步辐射、原位光谱与多尺度计算，全面解析电子结构-性能关系。
   
3. 性能指标领先：MoB电池的能量效率（>90%）和循环寿命（1400小时）为同类研究最高值之一。

七、其他有价值内容

• 实际演示（图6a）：MoB电池可在20-60°C温度波动下为温湿度计和小风扇供电，验证其工程适用性。
  
• 理论指导意义：研究提出的“电子再分配影响反应路径”框架（图5i）可拓展至其他金属-气体电池体系。