在当代社会中，对可再生能源和高效储能系统的需求日益增长。锂-氧（Li-O2）电池因其超高的理论能量密度（3500 Wh kg-1）而成为突破传统能源限制的重要技术。然而在包括Li-O2电池在内的储能体系，对于ORR/OER涉及多电子转移以及动态吸附、解析的过程，实现催化活性和稳定性的平衡是一项关键挑战。 近日，郑州大学刘清朝教授和吉林大学徐吉静教授合作，提出了一种基于氧空位（Vo）调控电子迁移的新策略，构建了单原子Ru修饰的TiO2纳米棒阵列（Ru1-TiO2-x），有效打破惰性电子链，提高电催化性能，为惰性催化材料的激活提供了新思路。
通过密度泛函理论揭示了Vo局域电子介导的巡游行为对电子链的激活和稳定作用。Vo引发的局域电子逸出作为动态缓冲池促使[Ru-O-Ti]桥形成电子扰动，强化Ru-O-Ti键合的同时，赋予催化剂电子结构的动态自适应性。Ru单原子作为“电子缓冲器”进一步优化电子链的传输路径，突破Ti-O界面限制，实现高效电子转移。该机制在Li-O2电池循环过程中形成双向动态调节能力，既加速氧中间体（如*O2、*LiO2等）的动态活化与转化，又通过稳定电子链维持催化活性位点的长期稳定性。能带理论分析进一步阐明，通过调控Mott-Hubbard体系的电荷转移能（Δ），优化ORR/OER过程中[Ru-O-Ti]电子链的柔性巡游特性，使Ru1-TiO2-x的过电位较纯TiO2显著降低，揭示了Ru掺杂协同Vo调控中间体吸附行为与反应动力学的双功能催化机制。 总之，该研究以富含Vo缺陷的Ru单原子修饰TiO2纳米棒阵列（Ru1-TiO2-x）为模型，阐明了Vo、掺杂剂和宿主基质之间复杂的协同机制，表明Vo可以作为一个临时电子储层，激活[Ru-O-Ti]电子途径，从而促进Ru-Ti双位点的氧化还原过程。此外，还强调了Vo和Ru单原子掺杂在平衡催化剂活性和稳定性方面的协同作用。这项工作不仅对Vo对电子传递动力学的依赖提供了全面的见解，而且为高性能Li-O2电池的开发提供了新的策略和理论指导。 论文信息 Electron Itinerancy Mediated by Oxygen Vacancies Breaks the Inert Electron Chain to Boost Lithium–Oxygen Batteries Electrocatalysis Yaning Fu, Chunmei Liu, Lina Song, Shaoze Zhao, Mengyao Huang, Zhongjun Li, Huabiao Tang, Youcai Lu, Jijing Xu, Qingchao Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202501837
