Internal Electric Field Induced by Superexchange Interaction on Mn4+‐O2−‐Ni2+ Unit Enables Highly Efficient Hybrid Capacitive Deionization

超级交换 电子转移 化学物理 电容去离子 电场 材料科学 电子 电化学 原子物理学 离子 纳米技术 化学 电极 物理化学 物理 量子力学 有机化学
作者
Dewei Wang,Zhenzhen Fu,Xia Liu,Yebo Yao,Yingjie Ji,Xueying Gao,Jinrui Wang,Zishan Hou,Yongjia Li,Shuyun Yao,Shiyu Wang,Jiangzhou Xie,Zhiyu Yang,Yi‐Ming Yan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (36): e2301717-e2301717 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202301717
摘要

Abstract Internal electric field (IEF) construction is an innovative strategy to regulate the electronic structure of electrode materials to promote charge transfer processes. Despite the wide use of IEF in various applications, the underlying mechanism of its formation in an asymmetric TM‐O‐TM unit still remains poorly understood. Herein, the essential principles for the IEF construction at electron occupancy state level and explore its effect on hybrid capacitive deionization (HCDI) performance is systematically investigated. By triggering a charge separation in Ni‐MnO 2 via superexchange interactions in a coordination structure unit of Mn 4+ ‐O 2− ‐Ni 2+ , the formation of an IEF that can enhance charge transfer during the HCDI process is demonstrated. Experimental and theoretical results confirm the electrons transfer from O 2p orbital to TM (Ni 2+ and Mn 4+ ) e g orbital via superexchange interactions in the basic Mn 4+ ‐O 2− ‐Ni 2+ coordination unit. As a result of the charge redistribution, the IEF endows Ni‐MnO 2 with superior electron and ion transfer property. This work presents a unique material design strategy that activates the electrochemical performance, and provides insights into the formation mechanism of IEF in an asymmetric TM‐O‐TM unit, which has potential applications in the construction of other innovative materials.
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