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Adjusting the 3d Orbital Occupation of Ti in Ti3C2 MXene via Nitrogen Doping to Boost Oxygen Electrode Reactions in Li–O2 Battery
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2022-12-15 , DOI: 10.1002/smll.202206611 Haoyang Xu 1 , Ruixin Zheng 1 , Dayue Du 1 , Longfei Ren 1 , Xiaojuan Wen 1 , Xinxiang Wang 1 , Guilei Tian 1 , Chaozhu Shu 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2022-12-15 , DOI: 10.1002/smll.202206611 Haoyang Xu 1 , Ruixin Zheng 1 , Dayue Du 1 , Longfei Ren 1 , Xiaojuan Wen 1 , Xinxiang Wang 1 , Guilei Tian 1 , Chaozhu Shu 1
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Rationally designing efficient catalysts is the key to promote the kinetics of oxygen electrode reactions in lithium-oxygen (Li-O2) battery. Herein, nitrogen-doped Ti3C2 MXene prepared via hydrothermal method (N-Ti3C2(H)) is studied as the efficient Li-O2 battery catalyst. The nitrogen doping increases the disorder degree of N-Ti3C2(H) and provides abundant active sites, which is conducive to the uniform formation and decomposition of discharge product Li2O2. Besides, density functional theory calculations confirm that the introduction of nitrogen can effectively modulate the 3d orbital occupation of Ti in N-Ti3C2(H), promote the electron exchange between Ti 3d orbital and O 2p orbital, and accelerate oxygen electrode reactions. Specifically, the N-Ti3C2(H) based Li-O2 battery delivers large discharge capacity (11 679.8 mAh g−1) and extended stability (372 cycles). This work provides a valuable strategy for regulating 3d orbital occupancy of transition metal in MXene to improve the catalytic activity of oxygen electrode reactions in Li-O2 battery.
中文翻译：
通过氮掺杂调整 Ti3C2 MXene 中 Ti 的 3d 轨道占据以促进 Li-O2 电池中的氧电极反应
合理设计高效催化剂是促进锂氧(Li-O 2 )电池中氧电极反应动力学的关键。在此，研究了通过水热法制备的氮掺杂 Ti 3 C 2 MXene（N-Ti 3 C 2 (H)）作为高效的 Li-O 2电池催化剂。氮掺杂增加了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的均匀生成和分解. 此外，密度泛函理论计算证实，氮的引入可以有效调节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. 具体而言，基于 N-Ti 3 C 2 (H) 的 Li-O 2电池提供大放电容量（11 679.8 mAh g -1）和延长的稳定性（372 个循环）。这项工作为调节 MXene 中过渡金属的 3d 轨道占据以提高 Li-O 2电池中氧电极反应的催化活性提供了有价值的策略。
更新日期：2022-12-15
中文翻译：
通过氮掺杂调整 Ti3C2 MXene 中 Ti 的 3d 轨道占据以促进 Li-O2 电池中的氧电极反应
合理设计高效催化剂是促进锂氧(Li-O 2 )电池中氧电极反应动力学的关键。在此，研究了通过水热法制备的氮掺杂 Ti 3 C 2 MXene（N-Ti 3 C 2 (H)）作为高效的 Li-O 2电池催化剂。氮掺杂增加了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的均匀生成和分解. 此外，密度泛函理论计算证实，氮的引入可以有效调节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. 具体而言，基于 N-Ti 3 C 2 (H) 的 Li-O 2电池提供大放电容量（11 679.8 mAh g -1）和延长的稳定性（372 个循环）。这项工作为调节 MXene 中过渡金属的 3d 轨道占据以提高 Li-O 2电池中氧电极反应的催化活性提供了有价值的策略。
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