MXenes are promising cathodes for Li–CO₂ batteries owing to their high electrical conductivity and efficient CO₂ activation function. However, the effects of adsorption and electronic structures of MXene on the full life cycle of Li–CO₂ batteries have been rarely investigated. Here, we employ a coregulation approach to enhance the adsorption–decomposition of lithium carbonate (Li₂CO₃) by introducing Zn and Cl surface groups onto the Ti₃C₂ MXene (Zn–Ti₃C₂Cl₂) catalyst. The incorporation of Cl surface groups enhances Li₂CO₃ adsorption on the MXene catalyst surface, resulting in the formation of small-sized and uniform Li₂CO₃. Additionally, the introduction of Zn shifts the d-band centers of titanium and promotes CO₂ evolution reaction (CO₂ER) activity, thereby facilitating the decomposition of discharge products. As a result, the Li–CO₂ battery based on the Zn–Ti₃C₂Cl₂ catalyst exhibits an ultralow overpotential (0.72 V) at 200 mA g^–1 and stable cycling for up to 1500 h. This work validates the efficacy of promoting reversibility in Li–CO₂ batteries by adjusting the adsorption-decomposition process.

中文翻译：

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Zn 和 Cl 共调节的 MXene 催化剂增强了 Li-CO2 电池的可逆性


MXenes 因其高导电性和高效的 CO₂ 活化功能而成为 Li-CO₂ 电池的前景广阔的阴极。然而，MXene 的吸附和电子结构对 Li-CO₂ 电池整个生命周期的影响很少被研究。在这里，我们采用共调节方法，通过将 Zn 和 Cl 表面基团引入 Ti₃C₂ MXene （Zn–Ti₃C₂Cl₂） 催化剂来增强碳酸锂 （Li₂CO₃） 的吸附分解。Cl 表面基团的掺入增强了 Li₂CO₃ 在 MXene 催化剂表面的吸附，从而形成小尺寸且均匀的 Li₂CO₃。此外，Zn 的引入使钛的 d 波段中心发生偏移并促进 CO₂ 析出反应 （CO₂ER） 活性，从而促进放电产物的分解。因此，基于 Zn-Ti₃C₂Cl₂ 催化剂的 Li-CO₂ 电池在 200 mA ^g-1 时表现出超低的过电位 （0.72 V），并稳定循环长达 1500 小时。这项工作验证了通过调整吸附-分解过程促进 Li-CO₂ 电池可逆性的有效性。