過渡金屬氧化物(TMO)經(jīng)常面臨與低電子電導(dǎo)率和陽離子插層循環(huán)穩(wěn)定性不佳相關(guān)的挑戰(zhàn)。
在這項工作中,北京化工大學(xué)Yi-Ming Yan,Zhiyu Yang,新南威爾士大學(xué)Jiangzhou Xie通過探索一種創(chuàng)新策略來解決這些問題:利用增強(qiáng)的 π 捐贈來激活 t2g 軌道,從而增強(qiáng) TMO 的電子/離子電導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
文章要點
1)研究人員設(shè)計了摻鎳層狀二氧化錳(Ni?MnO2),其特點是獨特的 Ni?O?Mn 橋接結(jié)構(gòu)。
2)值得注意的是,Ni?MnO2 呈現(xiàn)出令人印象深刻的 317 F g?1 電容,并表現(xiàn)出強(qiáng)大的循環(huán)穩(wěn)定性,即使在 20,000 次循環(huán)后仍保持其原始容量的 81.58%。
3)機(jī)理研究表明,Ni?O?Mn構(gòu)型的結(jié)合激發(fā)了增強(qiáng)的π供體效應(yīng),這有利于涉及O 2p和Mn的t2g軌道的π型軌道雜化,從而加速電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)并激活氧化還原t2g軌道的容量。此外,從Ni到Mn的t2g軌道的電荷重新分布有效地提升了Mn的低能軌道能級,從而減輕了不良的Jahn-Teller畸變。這導(dǎo)致 π* 反鍵軌道的電子占據(jù)隨后減少,從而促進(jìn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的整體增強(qiáng)。
研究結(jié)果為通過從分子軌道角度激活TM中心的低軌道來開發(fā)快速穩(wěn)定的插層儲能電極材料的創(chuàng)新范例鋪平了道路。
參考文獻(xiàn)
Shuyun Yao, et al, High Flux and Stability of Cationic Intercalation in Transition-Metal Oxides: Unleashing the Potential of Mn t2g Orbital via Enhanced π?Donation, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c08264
https://doi.org/10.1021/jacs.3c08264