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Modulating Electronic Structure with Copper Doping to Promote the Electrocatalytic Performance of Cobalt Disulfide in Li–O2 Batteries
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-04-03 , DOI: 10.1002/smll.202300602 Shengqi Ding 1 , Liang Wu 1 , Fang Zhang 2 , Xianxia Yuan 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-04-03 , DOI: 10.1002/smll.202300602 Shengqi Ding 1 , Liang Wu 1 , Fang Zhang 2 , Xianxia Yuan 1
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Introducing heteroatom into catalyst lattice to modulate its intrinsic electronic structure is an efficient strategy to improve the electrocatalytic performance in Li–O2 batteries. Herein, Cu-doped CoS2 (Cu–CoS2) nanoparticles are fabricated by a solvothermal method and evaluated as promising cathode catalysts for Li–O2 batteries. Based on physicochemical analysis as well as density functional theory calculations, it is revealed that doping Cu heteroatom in CoS2 lattice can increase the covalency of the CoS bond with more electron transfer from Co 3d to S 3p orbitals, thereby resulting in less electron transfer from Co 3d to O 2p orbitals of Li–O species, which can weaken the adsorption strength toward Li–O intermediates, decrease the reaction barrier, and thus improve the catalytic performance in Li–O2 batteries. As a result, the battery using Cu–CoS2 nanoparticles in the cathode exhibits superior kinetics, reversibility, capacity, and cycling performance, as compared to the battery based on CoS2 catalyst. This work provides an atomic-level insight into the rational design of transition-metal dichalcogenide catalysts via regulating the electronic structure for high-performance Li–O2 batteries.
中文翻译：
通过铜掺杂调节电子结构提高二硫化钴在锂氧电池中的电催化性能
将杂原子引入催化剂晶格来调节其固有电子结构是提高Li-O 2电池电催化性能的有效策略。在此，通过溶剂热法制备了Cu掺杂CoS 2 (Cu–CoS 2 )纳米颗粒，并被评估为有前景的Li–O 2电池阴极催化剂。基于物理化学分析和密度泛函理论计算，发现在CoS 2晶格中掺杂Cu杂原子可以增加Co 的共价性。S键使更多的电子从Co 3d轨道转移到S 3p轨道，从而导致Li-O物质从Co 3d轨道到O 2p轨道的电子转移减少，这可以减弱对Li-O中间体的吸附强度，降低反应势垒，从而提高Li-O 2电池的催化性能。因此，与基于CoS 2 催化剂的电池相比，在阴极中使用Cu-CoS 2 纳米粒子的电池表现出优异的动力学、可逆性、容量和循环性能。这项工作通过调节高性能Li-O 2电池的电子结构，为过渡金属二硫属化物催化剂的合理设计提供了原子水平的见解。
更新日期：2023-04-03
中文翻译：
通过铜掺杂调节电子结构提高二硫化钴在锂氧电池中的电催化性能
将杂原子引入催化剂晶格来调节其固有电子结构是提高Li-O 2电池电催化性能的有效策略。在此，通过溶剂热法制备了Cu掺杂CoS 2 (Cu–CoS 2 )纳米颗粒，并被评估为有前景的Li–O 2电池阴极催化剂。基于物理化学分析和密度泛函理论计算，发现在CoS 2晶格中掺杂Cu杂原子可以增加Co 的共价性。S键使更多的电子从Co 3d轨道转移到S 3p轨道，从而导致Li-O物质从Co 3d轨道到O 2p轨道的电子转移减少，这可以减弱对Li-O中间体的吸附强度，降低反应势垒，从而提高Li-O 2电池的催化性能。因此，与基于CoS 2 催化剂的电池相比，在阴极中使用Cu-CoS 2 纳米粒子的电池表现出优异的动力学、可逆性、容量和循环性能。这项工作通过调节高性能Li-O 2电池的电子结构，为过渡金属二硫属化物催化剂的合理设计提供了原子水平的见解。
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