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Designing Electrophilic and Nucleophilic Dual Centers in the ReS2 Plane toward Efficient Bifunctional Catalysts for Li-CO2 Batteries

双功能 电泳剂 化学 亲核细胞 催化作用 双功能催化剂 掺杂剂 组合化学 过渡金属 光化学 计算化学 有机化学 兴奋剂 光电子学 材料科学
作者
Biao Chen,Dashuai Wang,Junyang Tan,Yingqi Liu,Miaolun Jiao,Bilu Liu,Naiqin Zhao,Xiaolong Zou,Guangmin Zhou,Hui‐Ming Cheng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (7): 3106-3116 被引量:140
标识
DOI:10.1021/jacs.1c12096
摘要

Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDCs) show great potential as efficient catalysts for Li-CO2 batteries. However, the basal plane engineering on TMDCs toward bifunctional catalysts for Li-CO2 batteries is still poorly understood. In this work, density functional theory calculations reveal that nucleophilic N dopants and electrophilic S vacancies in the ReS2 plane tailor the interactions with Li atoms and C/O atoms in intermediates, respectively. The electrophilic and nucleophilic dual centers show suitable adsorption with all intermediates during discharge and charge, resulting in a small energy barrier for the rate-determining step. Thus, an efficient bifunctional catalyst is produced toward Li-CO2 batteries. As a result, the optimal catalyst achieves an ultrasmall voltage gap of 0.66 V and an ultrahigh energy efficiency of 81.1% at 20 μA cm-2, which is superior to those of previous catalysts under similar conditions. The introduction of electrophilic and nucleophilic dual centers provides new avenues for designing excellent bifunctional catalysts for Li-CO2 batteries.
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