Mo doping provokes two electron reaction in MnO2 with ultrahigh capacity for aqueous zinc ion batteries

氧化还原 锰 掺杂剂 阴极 密度泛函理论 兴奋剂 无机化学 水溶液 化学 离子 材料科学 电化学 八面体 物理化学 计算化学 电极 光电子学 有机化学
作者
Xiaoyu Xia,Yajun Zhao,Yi Zhao,Minggui Xu,Wen Liu,Xiaoming Sun
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (2): 2511-2518 被引量:103
标识
DOI:10.1007/s12274-022-5057-0
摘要

Rechargeable aqueous zinc ion batteries (AZIBs) based on manganese dioxide (MnO2) have received much attention for large-scale energy storage applications, however, their energy density is mainly limited by the one-electron reaction of Mn4+/Mn3+ redox. Herein, Mo doped δ-MnO2 (Mo-MnO2) is prepared and used as a high-performance cathode for AZIBs, which delivers an ultrahigh specific capacity of 652 mAh·g−1 at 0.2 A·g−1 based on the two-step two-electron redox reaction of Mn4+ ⇌ Mn3+ ⇌ Mn2+. Ex-situ structural analysis and density functional theory calculation reveal that the Mo5+ dopant plays an important role in enhancing the electronic conductivity of Mo-MnO2 and promoting Jahn—Teller distortion of octahedral [MnO6] in ZnMn2O4, which facilitates the second step redox reaction of Mn3+/Mn2+. This work provides a novel cathode materials design with multi-electron redox chemistry to achieve high energy density in AZIBs.
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