Efficient Modulation d/p‐Band Center Proximity in Birnessite‐Type MnO2 by Cation/Anion Co‐Doping for Enhanced Dual‐Ion Storage

材料科学 兴奋剂 离子 带隙 杂原子 吸附 无机化学 物理化学 化学 光电子学 戒指(化学) 有机化学
作者
Yuhui Xu,Gaini Zhang,Xiaoxue Wang,Jianhua Zhang,Hang Wen,Dongniu Wang,Yitong Yuan,Qinting Jiang,Huaming Qian,Yukun Xi,Jiaxuan Zuo,Ming Li,Jihu Liu,Huijuan Yang,Yangyang Luo,Jingjing Wang,Wenbin Li,Xifei Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202500137
摘要

Abstract The wide band gap of δ‐MnO 2 and the restricted regulation of the p‐band center ( p ) of active oxygen atoms hinder electron conduction and ion diffusion during zinc storage. Heteroatom doping has proven effective in improving zinc storage. However, the regulation of p solely through cation doping is comparatively constrained. Herein, a cation/anion co‐doping strategy is proposed to simultaneously adjust the p of oxygen and the d‐band center ( d ) of Mn by establishing Mn–O–Ca and Mn─N bonds in Ca/N co‐doped δ‐MnO 2 (Ca/N‐MnO 2 ). This co‐doping effect induces a shift in the predominant stretching vibration mode of Mn─O bonds in [MnO 6 ] octahedra, resulting in a decreased d/p‐band center proximity (Δ d‐p ) of 1.688 eV (1.750 eV for δ‐MnO 2 ). Consequently, both adsorption capacity and adsorption/desorption rates of Zn 2+ /H + ions are enhanced. Theoretical calculations further reveal that co‐doping significantly triggers the optimization of the band gap, migration energy barrier, and adsorption energy. As a result, Ca/N‐MnO 2 achieves a remarkable reversible capacity of 192.7 mAh g −1 at 1.0 A g −1 after 200 cycles and exceptional rate performance. Furthermore, the energy enhancement mechanisms are thoroughly elucidated. This synergistic d/p‐band center regulation strategy offers significant potential for efficient energy storage applications.
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