Interfacial Lattice‐Strain‐Driven Generation of Oxygen Vacancies in an Aerobic‐Annealed TiO2(B) Electrode

材料科学 氧气 退火(玻璃) 格子(音乐) 化学工程 拉伤 电极 复合材料 物理化学 声学 医学 物理 内科学 工程类 有机化学 化学
作者
Wei Zhang,Lingfeng Cai,Shengkai Cao,Liang Qiao,Yi Zeng,Zhiqiang Zhu,Zhisheng Lv,Huarong Xia,Lixiang Zhong,Hongwei Zhang,Xiang Ge,Jiaqi Wei,Shibo Xi,Yonghua Du,Shuzhou Li,Xiaodong Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (52) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adma.201906156
摘要

Oxygen vacancies play crucial roles in defining physical and chemical properties of materials to enhance the performances in electronics, solar cells, catalysis, sensors, and energy conversion and storage. Conventional approaches to incorporate oxygen defects mainly rely on reducing the oxygen partial pressure for the removal of product to change the equilibrium position. However, directly affecting reactants to shift the reaction toward generating oxygen vacancies is lacking and to fill this blank in synthetic methodology is very challenging. Here, a strategy is demonstrated to create oxygen vacancies through making the reaction energetically more favorable via applying interfacial strain on reactants by coating, using TiO2 (B) as a model system. Geometrical phase analysis and density functional theory simulations verify that the formation energy of oxygen vacancies is largely decreased under external strain. Benefiting from these, the obtained oxygen-deficient TiO2 (B) exhibits impressively high level of capacitive charge storage, e.g., ≈53% at 0.5 mV s-1 , far surpassing the ≈31% of the unmodified counterpart. Meanwhile, the modified electrode shows significantly enhanced rate capability delivering a capacity of 112 mAh g-1 at 20 C (≈6.7 A g-1 ), ≈30% higher than air-annealed TiO2 and comparable to vacuum-calcined TiO2 . This work heralds a new paradigm of mechanical manipulation of materials through interfacial control for rational defect engineering.
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