Adjusting the 3d Orbital Occupation of Ti in Ti3C2 MXene via Nitrogen Doping to Boost Oxygen Electrode Reactions in Li–O2 Battery

催化作用 电池(电) 电极 氧气 过渡金属 材料科学 密度泛函理论 兴奋剂 氮气 化学 无机化学 物理化学 计算化学 光电子学 物理 量子力学 功率(物理) 有机化学 生物化学
作者
Haoyang Xu,Ruixin Zheng,Dayue Du,Long‐Fei Ren,Xiaojuan Wen,Xinxiang Wang,Guilei Tian,Chaozhu Shu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (9) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/smll.202206611
摘要

Rationally designing efficient catalysts is the key to promote the kinetics of oxygen electrode reactions in lithium-oxygen (Li-O2 ) battery. Herein, nitrogen-doped Ti3 C2 MXene prepared via hydrothermal method (N-Ti3 C2 (H)) is studied as the efficient Li-O2 battery catalyst. The nitrogen doping increases the disorder degree of N-Ti3 C2 (H) and provides abundant active sites, which is conducive to the uniform formation and decomposition of discharge product Li2 O2 . Besides, density functional theory calculations confirm that the introduction of nitrogen can effectively modulate the 3d orbital occupation of Ti in N-Ti3 C2 (H), promote the electron exchange between Ti 3d orbital and O 2p orbital, and accelerate oxygen electrode reactions. Specifically, the N-Ti3 C2 (H) based Li-O2 battery delivers large discharge capacity (11 679.8 mAh g-1 ) and extended stability (372 cycles). This work provides a valuable strategy for regulating 3d orbital occupancy of transition metal in MXene to improve the catalytic activity of oxygen electrode reactions in Li-O2 battery.
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