Enhancing Zn2+/H+ Joint Charge Storage in MnO2: Concurrently Tailoring Mn’s Local Electron Density and O’s p-Band Center

中心(范畴论) 电子 原子物理学 材料科学 电荷(物理) 物理 结晶学 核物理学 化学 量子力学
作者
Haijian Huang,Hao Feng,Ziyu He,Yanan Huang,Jiawei Xu,Chengzhi Hu,Zhangxian Chen,Zeheng Yang,Weixin Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (37): 25601-25613 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c06672
摘要

Enhancing proton storage in the zinc-ion battery cathode material of MnO2 holds promise in promoting its electrochemical performance by mitigating the intense Coulombic interaction between divalent zinc ions and the host structure. However, challenges persist in addressing the structural instability caused by Jahn-Teller effects and accurately modulating H+ intercalation in MnO2. Herein, the doping of high-electronegativity Sb with fully occupied d-orbital in MnO2 is reported. The Sb doping strategy engenders the formation of Mn-O-Sb path in the structure with a strong dipole polarization field, which facilitates the delocalization of eg orbital electron in Mn and thus mitigates the Jahn-Teller effects. Simultaneously, adjusting the level of Sb doping in MnO2 leads to modulation of the p-band center of O, optimizing its interaction with hydrogen and thereby enhancing proton storage. Consequently, MnO2 doped with 6% Sb exhibits commendable performance in both rate capability and cycling endurance, delivering 113 mAh g-1 at 2 A g-1 after 2000 cycles. This investigation underscores the crucial role of electronic structural engineering in elevating the electrochemical performance of cathode materials for zinc-ion batteries.
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