High Flux and Stability of Cationic Intercalation in Transition-Metal Oxides: Unleashing the Potential of Mn t2g Orbital via Enhanced π-Donation

化学 反键分子轨道 插层(化学) 原子轨道 过渡金属 分子轨道 轨道重叠 轨道能级差 化学物理 结晶学 电子 计算化学 无机化学 分子 物理 生物化学 量子力学 有机化学 催化作用
作者
Shuyun Yao,Shiyu Wang,Yuanming Liu,Zishan Hou,Jinrui Wang,Xueying Gao,Yanfei Sun,Weijie Fu,Kaiqi Nie,Jiangzhou Xie,Zhiyu Yang,Yi‐Ming Yan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (49): 26699-26710 被引量:69
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08264
摘要

Transition-metal oxides (TMOs) often struggle with challenges related to low electronic conductivity and unsatisfactory cyclic stability toward cationic intercalation. In this work, we tackle these issues by exploring an innovative strategy: leveraging heightened π-donation to activate the t2g orbital, thereby enhancing both electron/ion conductivity and structural stability of TMOs. We engineered Ni-doped layered manganese dioxide (Ni-MnO2), which is characterized by a distinctive Ni-O-Mn bridging configuration. Remarkably, Ni-MnO2 presents an impressive capacitance of 317 F g-1 and exhibits a robust cyclic stability, maintaining 81.58% of its original capacity even after 20,000 cycles. Mechanism investigations reveal that the incorporation of Ni-O-Mn configurations stimulates a heightened π-donation effect, which is beneficial to the π-type orbital hybridization involving the O 2p and the t2g orbital of Mn, thereby accelerating charge-transfer kinetics and activating the redox capacity of the t2g orbital. Additionally, the charge redistribution from Ni to the t2g orbital of Mn effectively elevates the low-energy orbital level of Mn, thus mitigating the undesirable Jahn-Teller distortion. This results in a subsequent decrease in the electron occupancy of the π*-antibonding orbital, which promotes an overall enhancement in structural stability. Our findings pave the way for an innovative paradigm in the development of fast and stable electrode materials for intercalation energy storage by activating the low orbitals of the TM center from a molecular orbital perspective.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
星光熠熠完成签到 ,获得积分20
刚刚
顾矜应助嘘嘘采纳,获得10
1秒前
Double发布了新的文献求助10
1秒前
kkgaojing完成签到,获得积分20
1秒前
搜集达人应助haishuixing2采纳,获得10
3秒前
Yogita发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
纯真绿蕊完成签到,获得积分10
4秒前
沉淀完成签到,获得积分10
6秒前
snow完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
深情安青应助李若伊采纳,获得10
8秒前
8秒前
老肖发布了新的文献求助10
8秒前
齐嫒琳发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
大个应助清123采纳,获得10
9秒前
12发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
细心采蓝完成签到,获得积分10
11秒前
ZZX完成签到,获得积分10
11秒前
浮游应助酷炫的紫山采纳,获得10
11秒前
LYj发布了新的文献求助10
11秒前
蛰曜发布了新的文献求助10
12秒前
大模型应助Mansis采纳,获得30
12秒前
17完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
FEI驳回了丘比特应助
13秒前
夏天应助能干数据线采纳,获得10
14秒前
15秒前
老肖完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
orixero应助17采纳,获得10
18秒前
19秒前
huan完成签到,获得积分10
19秒前
科研通AI6应助deng采纳,获得30
20秒前
20秒前
辛勤者应助exosome采纳,获得200
20秒前
落叶发布了新的文献求助10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Teaching Language in Context (Third Edition) 1000
Identifying dimensions of interest to support learning in disengaged students: the MINE project 1000
Introduction to Early Childhood Education 1000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 921
Aerospace Standards Index - 2025 800
流动的新传统主义与新生代农民工的劳动力再生产模式变迁 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5436160
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4548217
关于积分的说明 14212695
捐赠科研通 4468449
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2449020
邀请新用户注册赠送积分活动 1439955
关于科研通互助平台的介绍 1416594