Engineering dual-crystal configurations in perovskite oxides boosts electrocatalysis of lithium–oxygen batteries

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作者
Jiahao Chen,Runjing Li,Bin Li,Chaozhu Shu,Miao He,Bo Zhou,Yining Fan,Zhongfu Yan,Yu Pan,Bo Yang,Ting Li,Kun Li,Baihai Li,Jianping Long
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:657: 384-392
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.11.179
摘要

Sculpting crystal configurations can vastly affect the charge and orbital states of electrocatalysts, fundamentally determining the catalytic activity of lithium-oxygen (Li-O2) batteries. However, the crucial role of crystal configurations in determining the electronic states has usually been neglected and needs to be further examined. Herein, we introduce orthorhombic and trigonal system into 0.5La0.6Sr0.4MnO3-0.5LaMn0.6Co0.4O3 (LSMCO) by selectively incorporating Sr and Co cations into the LaMnO3 framework during the sol-gel process, which is used to explore the relationship among crystal structure, electronic states and catalytic performance. Based on both experimental and theoretical calculations, the dual-crystal configurations induce strong lattice distortion, which promotes MnO6 octahedra vibration and shortened MnO bonds. Furthermore, the suppressed Jahn-Teller distortion weakens the orbital arrangement and accelerates the charge delocalization, leading to the conversion of Mn3+ to Mn4+ and optimized electronic states. Ultimately, this resulted in optimized Mn 3d and O 2p orbital hybridization and activated lattice oxygen function, leading to a significant improvement in electrocatalytic activity. The LSMCO catalyzed Li-O2 battery achieves enhanced discharge capacity of 14498.7 mAh/g and cycling stability of 258 cycles. This work highlights the significance of inner structure and presents a feasible strategy for engineering crystal configurations to boost electrocatalysis of Li-O2 batteries.
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