近日，我院先进材料与能源器件团队在光辅助锌空气电池研究方面取得新进展。相关工作“PlasmonicRuO2Coupled withWorkFunction-TunedCu(OH)2asCathodes forEnhancedVisibleLight-Responsive Zn-airBatteries”发表在国际期刊《Advanced Functional Materials》（2025,2510137），博士生李佳佳为论文第一作者，朱前程博士、李玲教授和张文明教授为共同通讯作者。
在众多金属-空气电池体系中，锌空气电池（ZABs）因其高安全性、环境友好性及低成本优势而受到广泛关注。然而，其空气阴极所涉及的氧还原反应（ORR）与氧析出反应（OER）普遍存在动力学迟滞，导致较大的充放电电压差和较低的能量效率（<60%）。尽管已有多种催化剂被设计用于改善电极反应，但电压差仍普遍高于0.8 V。近年来，光辅助ZABs通过引入光生载流子加速反应动力学过程，展现出提升性能的潜力，然而光生电子-空穴对的高复合率仍是制约其效率的关键因素。表面等离激元共振（LSPR）体系可在一定程度上促进载流子分离，但受限于其活性位点调控能力。作为高效OER催化剂的RuO2，在构建双功能光电极方面具有显著优势，然而在ZABs中的应用仍面临较高过电位的瓶颈，亟需结构调控与协同机制方面的突破。
本文首次构建以RuO2为核心的复合阴极结构，分别与空穴传输层（HTL）和电子传输层（ETL）耦合，并以Zn为阳极，实现双向光电驱动调控。在光照作用下，RuO2展现出显著的LSPR效应，产生高效的光生电子-空穴对。在放电过程中，HTL向Zn阳极泵送空穴以中和其释放的电子，RuO2中保留的电子参与ORR反应，加速阴极反应动力学；而在充电阶段，ETL促进电子迁移以参与ZnO的还原反应，同时RuO2中富集的空穴则显著增OER活性。在光辅助作用下，RuO2-HTL/ETL构建的锌空气电池展现出卓越的电化学性能，放电电压高达1.80 V，较热力学极限（1.64 V）提升160 mV，展现出明显的光电协同增强效应。与此同时，其充电电压低至0.83 V，显著优于常规RuO2基ZABs，整体电压差仅为0.97 V，较传统系统降低超过50%。这项工作为构建高性能、低能耗的可充锌空气电池提供了新的策略。
该研究工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金等多项科研项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202510137
