Optimisation of the electronic structure by rare earth doping to enhance the bifunctional catalytic activity of perovskites

双功能 兴奋剂 催化作用 电子结构 材料科学 化学物理 结构稳定性 纳米技术 化学 计算化学 光电子学 工程类 生物化学 结构工程
作者
Lincheng Xu,Yue Wang,Yan Yong,Zhanzhong Hao,Xin Chen,Fan Li
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier BV]
卷期号:339: 120931-120931 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2023.120931
摘要

Understanding the mechanisms by which rare-earth elements modulate the electronic structure and orbital filling of perovskites is essential for designing the highly active catalysts. Herein, by doping the A-site of LaMnO3 with Gd3+, the B-site active center is triggered, which effectively improving the covalency of Mn-O bond and increasing the oxygen vacancy concentration, also boosting the eg orbital filling electron number of La0.8Gd0.2MnO3 closer to 1. Ultimately, the mass activity and turnover frequency of La0.8Gd0.2MnO3 are 2.4 and 4.3 times higher than LaMnO3. DFT calculations show that Gd doping optimises the electronic structure of La0.8Gd0.2MnO3, resulting in modulation of the suitable intermediate adsorption energy, thus improving the catalytic activity. Based on these results, Zinc-air cells were assembled with La0.8Gd0.2MnO3 as the cathode catalyst and exhibited high capacity and cycling stability. This work provides a new perspective for rare-earth optimised the intrinsic properties of perovskites and enhance the bifunctional electrocatalytic performance.
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