第一个原则研究原始Wn+1Cn和氧功能化Wn+1CnO2MXenes作为Li-O2电池的阴极催化剂的结构性能关系
Liwei Zhu1, Jiajun Wang1, Jie Liu1
1School of Materials Science and Engineering, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China.
Nanomaterials (Basel, Switzerland)
|April 26, 2024
概括
碳化 (WC) MXenes作为氧 (Li-O2) 电池的阴极催化剂具有前景. 氧气功能化和增加的层次减少了过量的潜能,W4C3O2 MXene表现出色.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 氧 (Li-O2) 电池具有高能量密度,但由于缓慢的氧降解 (ORR) 和氧演化 (OER) 动力学,它们面临着挑战.
- 高效的阴极催化剂对于克服Li-O2电池中的这些动力限制至关重要.
研究的目的:
- 为了研究Wn+1Cn和Wn+1CnO2MXenes用于Li-O2电池的催化活性.
- 了解氧气功能化和层厚度在使用第一原则计算的催化性能上的作用.
主要方法:
- 使用第一原理计算研究了Wn+1Cn和Wn+1CnO2 MXenes (n=1,2,3).
- 分析重点是ORR和OER的电子特性,导电性和反应机制.
- 计算了关键中间体的过度潜力和吸附能量.
主要成果:
- 无论是Wn+1Cn还是Wn+1CnO2 MXenes,都表现出高导电性,通过增加原子层来增强.
- 氧功能化改变了电子特性,促进了Li-O键激活和Li+脱.
- 确定了ORR和OER速率决定的步骤,其中超电位与中间吸附能量相关.
结论:
- 氧功能化和WC MXenes中增加的原子层有效地减少了ORR和OER过度潜力.
- 作为阴极催化剂,W4C3O2 MXene表现出极大的潜力,表现出较低的超电位 (ORR为0.25 V,OER为0.38 V).
- 这些发现凸显了WC MXenes作为先进的Li-O2电池阴极的有希望的候选人.
