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​成都理工Small：N掺杂调节Ti3C2 MXene中Ti 3d轨道占据，以促进Li-O2电池中的氧电极反应

时间：2023-01-02 来源： 浏览：

​成都理工Small：N掺杂调节Ti3C2 MXene中Ti 3d轨道占据，以促进Li-O2电池中的氧电极反应

原创 Hao 催化开天地
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合理设计高效的催化剂是促进锂氧（Li-O 2 ）电池中氧电极反应动力学发展的关键。基于此， 成都理工大学舒朝著教授（通讯作者）等人 用水热法制备了N掺杂Ti 3 C 2 MXene (N-Ti 3 C 2 (H))作为高效的锂氧电池催化剂。
N掺杂增加了N-Ti 3 C 2 (H)的无序度，提供了丰富的活性位点，有利于放电产物Li 2 O 2 的均匀形成和分解。
此外，密度泛函理论（DFT）计算表明，N的引入可以有效地调节Ti在N-Ti 3 C 2 (H)中的3d轨道占据，促进Ti 3d轨道与O 2p轨道之间的电子交换，加速氧电极反应。
通过DFT计算了O 2 、LiO 2 、Li 2 O 2 和(Li 2 O 2 ) 2 在Ti 3 C 2 、N-Ti 3 C 2 (A)和N-Ti 3 C 2 (H)上的吸附构型及氧电极反应的自由能图。
其中，OER和ORR的速率限制步骤分别为(Li 2 O 2 ) 2 团簇的分解((Li 2 O 2 ) 2 * → 2(Li + + e − ) + Li 2 O 2 * + O 2 )和Li 2 O 2 的生成(3(Li + + e − ) + LiO 2 * ↔ 2(Li + + e − ) + Li 2 O 2 * )。
结果表明，N-Ti 3 C 2 (H)具有合适的吸附能和对O 2 的电荷转移数，表明其具有良好的电催化活性。
投影态密度（PDOS）图表明，N-Ti 3 C 2 (A) (0.95 eV)和N-Ti 3 C 2 (H) (0.17 eV)的带隙比Ti 3 C 2 (1.18 eV)要窄，N-Ti 3 C 2 (H)的Ti 3d轨道受到表面掺杂N的有效调节，表明N-Ti 3 C 2 (H)的电导率有所提高。
此外，还通过晶体轨道哈密顿布居（COHP）分析研究了Ti-O键的成键和反键态。与Ti 3 C 2 相比，N-Ti 3 C 2 (A)和N-Ti 3 C 2 (H)的Ti-O反键态向更高的能级发生位移，并且N-Ti 3 C 2 (A)反键态的位移程度低于N-Ti 3 C 2 (H)，这表明N-Ti 3 C 2 (H)中Ti和O原子之间存在较强的耦合。
N掺杂可以有效地调节Ti 3d轨道占据，增加Ti 3+ 的含量，而Ti 3+ 可以在从O 2 中接受电子的同时将电子转移到O 2 上，这有利于促进O 2 的活化。
Adjusting the 3d Orbital Occupation of Ti in Ti 3 C 2 MXene via Nitrogen Doping to Boost Oxygen Electrode Reactions in Li-O 2 Battery. Small , 2022 , DOI: 10.1002/smll.202206611.
https://doi.org/10.1002/smll.202206611
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