Single‐Atom Pd‐N4 Catalysis for Stable Low‐Overpotential Lithium‐Oxygen Battery

过电位 析氧 材料科学 阴极 催化作用 电池(电) 化学物理 纳米技术 化学 化学工程 物理化学 电化学 电极 热力学 有机化学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Jian Zheng,Wenjing Zhang,Ruoyu Wang,Junkai Wang,Yanwu Zhai,Xiangfeng Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (10) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202204559
摘要

The critical challenge for Li-O2 batteries lies in the large charge overpotential, leading to undesirable side reactions and inferior cycle stability. Single-atom catalysts have shown promising prospects in expediting the kinetics of oxygen evolution reaction (OER) for Li-O2 batteries. However, a present practical drawback is the limited understanding of the correlation between the unique atomic structures and the OER mechanism. Herein, a template-assisted strategy is reported to synthesize atomically dispersed Pd anchored on N-doped carbon spheres as cathode catalysts. Benefiting from the well-defined Pd-N4 moiety, the morphology and distribution of Li2 O2 products are distinctly regulated with optimized decomposition reversibility. Theoretical simulations reveal that the unique configuration of Pd-N4 will contribute to the electron transfer from Pd atoms to the adjacent N atoms, which turns the originally electroneutral Pd into positively charged and downshifts the d-band center and therefore weakens its adsorption energy with the intermediates. The Li-O2 batteries with Pd SAs/NC cathode achieve a charge overpotential of only 0.24 V and sustainable low-overpotential cycling stability (500 mA g-1 ), and can retain a low charge voltage to a very high capacity of 10 000 mAh g-1 . This work provides some insights into designing efficient single-atom catalysts for stable low-overpotential Li-O2 batteries.
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