The Role of Metal Substitution in Tuning Anion Redox in Sodium Metal Layered Oxides Revealed by X‐Ray Spectroscopy and Theory

氧化还原 电化学 金属 化学 离子 无机化学 氧气 密度泛函理论 结晶学 过渡金属 材料科学 电极 物理化学 催化作用 计算化学 有机化学 生物化学
作者
Iwnetim Abate,Seyoung Kim,C. D. Pemmaraju,Michael F. Toney,Wanli Yang,T. P. Devereaux,William C. Chueh,Linda F. Nazar
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (19): 10880-10887 被引量:32
标识
DOI:10.1002/anie.202012205
摘要

Abstract We investigate high‐valent oxygen redox in the positive Na‐ion electrode P2‐Na 0.67− x [Fe 0.5 Mn 0.5 ]O 2 (NMF) where Fe is partially substituted with Cu (P2‐Na 0.67− x [Mn 0.66 Fe 0.20 Cu 0.14 ]O 2 , NMFC) or Ni (P2‐Na 0.67− x [Mn 0.65 Fe 0.20 Ni 0.15 ]O 2 , NMFN). From combined analysis of resonant inelastic X‐ray scattering and X‐ray near‐edge structure with electrochemical voltage hysteresis and X‐ray pair distribution function profiles, we correlate structural disorder with high‐valent oxygen redox and its improvement by Ni or Cu substitution. Density of states calculations elaborate considerable anionic redox in NMF and NMFC without the widely accepted requirement of an A‐O‐A′ local configuration in the pristine materials (where A=Na and A′=Li, Mg, vacancy, etc.). We also show that the Jahn–Teller nature of Fe 4+ and the stabilization mechanism of anionic redox could determine the extent of structural disorder in the materials. These findings shed light on the design principles in TM and anion redox for positive electrodes to improve the performance of Na‐ion batteries.

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