清晨好,您是今天最早来到科研通的研友!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整地填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您科研之路漫漫前行!

Copper Substitution Enhances Ni/Mn–O Hybridization for Improved Redox Kinetics and Stability in Sodium-Ion Cathodes

氧化还原 动力学 阴极 化学 离子 无机化学 替代(逻辑) 物理化学 有机化学 计算机科学 量子力学 物理 程序设计语言
作者
Jie Luo,Jin Niu,Xingyuan Wang,Xinglong Liang,Peng Cheng,Yutong Nong,Jingyi Zhang,Minghuang Li,Weijie Ji,Xiaowei Wang,Bao Zhang,Xiaoming Yuan,Xi Li,Jiafeng Zhang,Ji Liang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (19): 14659-14670
标识
DOI:10.1021/acsaem.5c02427
摘要

In sodium-ion battery layered oxide materials, research on copper doping mechanisms has primarily focused on regulating oxygen redox reactions (e.g., optimizing charge compensation, stabilizing TMO2 layers), enhancing material air stability, and inhibiting phase transitions. However, there has been limited exploration of the role of copper ions in modulating the local electronic structure of transition metals (such as Ni/Mn in the 2–4 V capacity region). In this study, we demonstrate that Cu2+ substitution restructures the Ni/Mn–O orbital hybridization network, synergistically optimizing the redox activity of Ni2+ and the structural stability of Mn3+. The Cu-substituted Na0.67(Ni0.2Mn0.7Mg0.1)0.9Cu0.1O2 (NMMC-0.10) significantly enhances the Ni2+/Ni3+ redox reaction in the 3–4 V region (with a marked increase of 29.7% in capacity contribution) and effectively suppresses the Jahn–Teller distortion of Mn3+ in the <3 V range. Density functional theory (DFT) calculations reveal that Cu2+'s 3d orbitals enhance Ni/Mn 3d–O 2p hybridization (orbital overlap integral 1.3 times that of the baseline), broaden the transition metal electronic state distribution (bandwidth increases by 15.6%), significantly strengthen the TM–O bond (12.5% increase), and form a robust Cu–O framework. Thanks to these synergistic effects, NMMC-0.10 exhibits outstanding electrochemical performance in the 2.0–4.5 V voltage window: 82.87% capacity retention after 200 cycles at 1 C (compared to 65.2% for the baseline) and an energy density of 412 Wh/kg, an 18.6% improvement over the baseline. This study provides theoretical insights into the design of layered oxide cathode materials by revealing the specific electronic structure modulation mechanism of Cu substitution.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
xh完成签到,获得积分10
12秒前
实施时间完成签到,获得积分10
14秒前
adeno完成签到,获得积分10
16秒前
求助完成签到,获得积分10
26秒前
淡淡的鹭洋完成签到 ,获得积分10
30秒前
39秒前
okayu完成签到,获得积分10
40秒前
小禾一定行完成签到 ,获得积分10
44秒前
46秒前
okayu发布了新的文献求助10
50秒前
SciGPT应助六六采纳,获得30
56秒前
1分钟前
1分钟前
Ali完成签到,获得积分10
1分钟前
HY完成签到 ,获得积分10
1分钟前
六六发布了新的文献求助30
1分钟前
牛马完成签到,获得积分10
1分钟前
晴空万里完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
风一样的风干肠完成签到 ,获得积分10
1分钟前
2分钟前
林好人完成签到 ,获得积分10
2分钟前
Ali发布了新的文献求助10
2分钟前
2分钟前
Cold-Drink-Shop完成签到,获得积分0
2分钟前
邢一完成签到 ,获得积分10
2分钟前
游艺完成签到 ,获得积分10
2分钟前
材料k完成签到 ,获得积分10
2分钟前
2分钟前
聪明的二休完成签到,获得积分10
2分钟前
科研通AI2S应助Bin_Liu采纳,获得10
2分钟前
大力的安阳完成签到 ,获得积分10
3分钟前
elisa828发布了新的文献求助10
3分钟前
科研顺利完成签到,获得积分10
3分钟前
hxy完成签到 ,获得积分10
3分钟前
六六发布了新的文献求助10
3分钟前
称心的依琴完成签到 ,获得积分10
3分钟前
Lucas应助六六采纳,获得10
3分钟前
奋斗的妙海完成签到 ,获得积分0
3分钟前
nadeem完成签到 ,获得积分10
3分钟前
高分求助中
Malcolm Fraser : a biography 680
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Climate change and sports: Statistics report on climate change and sports 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
Organic Reactions Volume 118 400
A Foreign Missionary on the Long March: The Unpublished Memoirs of Arnolis Hayman of the China Inland Mission 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6458939
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8268223
关于积分的说明 17621323
捐赠科研通 5527994
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2905828
邀请新用户注册赠送积分活动 1882560
关于科研通互助平台的介绍 1727528