Nitrogen-Anchored Boridene Enables Mg–CO2 Batteries with High Reversibility

化学 过电位 催化作用 氮气 分解 阴极 空位缺陷 化学工程 插层(化学) 剥脱关节 无机化学 电化学 纳米技术 物理化学 有机化学 电极 结晶学 工程类 石墨烯 材料科学
作者
Yangyang Wang,Yong Sun,Fengqi Wu,Guo‐Dong Zou,Jean‐Jacques Gaumet,Jinyu Li,Carlos Fernández,Yong Wang,Qiuming Peng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (14): 9967-9974 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00630
摘要

Nanoscale defect engineering plays a crucial role in incorporating extraordinary catalytic properties in two-dimensional materials by varying the surface groups or site interactions. Herein, we synthesized high-loaded nitrogen-doped Boridene (N-Boridene (Mo4/3(BnN1-n)2-mTz), N-doped concentration up to 26.78 at %) nanosheets by chemical exfoliation followed by cyanamide intercalation. Three different nitrogen sites are observed in N-Boridene, wherein the site of boron vacancy substitution mainly accounts for its high chemical activity. Attractively, as a cathode for Mg-CO2 batteries, it delivers a long-term lifetime (305 cycles), high-energy efficiency (93.6%), and ultralow overpotential (∼0.09 V) at a high current of 200 mA g-1, which overwhelms all Mg-CO2 batteries reported so far. Experimental and computational studies suggest that N-Boridene can remarkably change the adsorption energy of the reaction products and lower the energy barrier of the rate-determining step (*MgCO2 → *MgCO3·xH2O), resulting in the rapid reversible formation/decomposition of new MgCO3·5H2O products. The surging Boridene materials with defects provide substantial opportunities to develop other heterogeneous catalysts for efficient capture and converting of CO2.
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