High Flux and Stability of Cationic Intercalation in Transition-Metal Oxides: Unleashing the Potential of Mn t2g Orbital via Enhanced π-Donation

化学 反键分子轨道 插层(化学) 原子轨道 过渡金属 分子轨道 轨道重叠 轨道能级差 化学物理 结晶学 电子 计算化学 无机化学 分子 物理 生物化学 量子力学 有机化学 催化作用
作者
Shuyun Yao,Shiyu Wang,Yuanming Liu,Zishan Hou,Jinrui Wang,Xueying Gao,Yanfei Sun,Weijie Fu,Kaiqi Nie,Jiangzhou Xie,Zhiyu Yang,Yi‐Ming Yan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (49): 26699-26710 被引量:77
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08264
摘要

Transition-metal oxides (TMOs) often struggle with challenges related to low electronic conductivity and unsatisfactory cyclic stability toward cationic intercalation. In this work, we tackle these issues by exploring an innovative strategy: leveraging heightened π-donation to activate the t2g orbital, thereby enhancing both electron/ion conductivity and structural stability of TMOs. We engineered Ni-doped layered manganese dioxide (Ni-MnO2), which is characterized by a distinctive Ni-O-Mn bridging configuration. Remarkably, Ni-MnO2 presents an impressive capacitance of 317 F g-1 and exhibits a robust cyclic stability, maintaining 81.58% of its original capacity even after 20,000 cycles. Mechanism investigations reveal that the incorporation of Ni-O-Mn configurations stimulates a heightened π-donation effect, which is beneficial to the π-type orbital hybridization involving the O 2p and the t2g orbital of Mn, thereby accelerating charge-transfer kinetics and activating the redox capacity of the t2g orbital. Additionally, the charge redistribution from Ni to the t2g orbital of Mn effectively elevates the low-energy orbital level of Mn, thus mitigating the undesirable Jahn-Teller distortion. This results in a subsequent decrease in the electron occupancy of the π*-antibonding orbital, which promotes an overall enhancement in structural stability. Our findings pave the way for an innovative paradigm in the development of fast and stable electrode materials for intercalation energy storage by activating the low orbitals of the TM center from a molecular orbital perspective.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
Akim应助救救我采纳,获得10
1秒前
z1发布了新的文献求助10
1秒前
kk发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
豆子发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
maopf发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
邺yu完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
8秒前
共享精神应助fuchen采纳,获得10
8秒前
8秒前
9秒前
9秒前
努力发布了新的文献求助10
9秒前
wjj119完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
YangSY发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
11秒前
Ava应助你嵙这个期刊没买采纳,获得10
12秒前
12秒前
JUDY发布了新的文献求助10
12秒前
Hello应助xq采纳,获得10
12秒前
13秒前
13秒前
14秒前
maopf完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
14秒前
15秒前
shy发布了新的文献求助10
16秒前
枫凝静影发布了新的文献求助10
16秒前
蟑先生完成签到 ,获得积分10
17秒前
顾矜应助Oooner采纳,获得10
18秒前
20秒前
田様应助稳重诗珊采纳,获得10
20秒前
一二完成签到,获得积分20
20秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
Prescott's Microbiology: 2026 Release ISE 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7192670
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8829112
关于积分的说明 18640812
捐赠科研通 6828294
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3175838
关于科研通互助平台的介绍 2327843
邀请新用户注册赠送积分活动 2150296