Single‐Atom Immobilization Boosting Oxygen Redox Kinetics of High‐Entropy Perovskite Oxide Toward High‐Performance Lithium‐Oxygen Batteries

电催化剂 材料科学 氧化物 电化学 氧气 过电位 锂(药物) 电化学能量转换 电子转移 催化作用 电极 化学 光化学 物理化学 生物 生物化学 内分泌学 有机化学 冶金
作者
Dayue Du,Hanna He,Ruixin Zheng,Li Zeng,Xinxiang Wang,Chaozhu Shu,Chuhong Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (17) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/aenm.202304238
摘要

Abstract Understanding and modulating the unique electronic interaction between single‐metal atoms and high entropy compounds are of great significance to enable their high‐efficiency oxygen electrocatalysis for aprotic lithium‐oxygen (Li‐O 2 ) batteries. Herein, a novel bi‐functional electrocatalyst is for the first time created by immobilizing single‐atom ruthenium (Ru) on lanthanum‐based high entropy perovskite oxide La(Mn 0.2 Co 0.2 Fe 0.2 Ni 0.2 Cr 0.2 )O 3 (Ru@HEPO), which demonstrates high activity and stability in Li‐O 2 batteries. The heteronuclear coordination between single‐atom Ru and HEPO facilitates fast electron transfer from Ru to HEPO by establishing Ru‐O‐M (M stands for Mn, Co, Fe, Ni) bridges, which well redistributes electrons within the Ru@HEPO hence significantly improving its interfacial charge transfer kinetics and electrocatalytic activity. Additionally, the strong electron coupling between Ru and Mn atoms enhances the hybridization between Mn 3d and O 2p orbitals, which promotes the inherent affinity of Ru@HEPO toward the LiO 2 intermediate, thereby reducing the reaction energy barrier of the oxygen electrode. As a result, the Ru@HEPO‐based Li‐O 2 batteries deliver remarkable electrochemical performances, such as high energy efficiency (87.3% at 100 mA g −1 ), excellent rate capability (low overpotential of 0.52 V at 100 mA g −1 ) and durable cyclability (345 cycles at 300 mA g −1 ). This work opens up a promising avenue for the development of high entropy‐based electrocatalysts for Li‐O 2 batteries by precisely tailoring the electronic distributions at an atomic scale.
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