Sabatier Relations in Electrocatalysts Based on High‐entropy Alloys with Wide‐distributed d‐band Centers for Li‐O2 Batteries

催化作用 密度泛函理论 标度律 吸附 材料科学 熵(时间箭头) 纳米技术 缩放比例 化学工程 计算机科学 化学 热力学 计算化学 物理化学 物理 数学 工程类 生物化学 几何学
作者
Jiaming Tian,Yuan Rao,Wenhui Shi,Jiawei Yang,Wenjie Ning,Haoyu Li,Yonggang Yao,Haoshen Zhou,Shaohua Guo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (44) 被引量:78
标识
DOI:10.1002/anie.202310894
摘要

Li-O2 battery (LOB) is a promising "beyond Li-ion" technology with ultrahigh theoretical energy density (3457 Wh kg-1 ), while currently impeded by the sluggish cathodic kinetics of the reversible gas-solid reaction between O2 and Li2 O2 . Despite many catalysts are developed for accelerating the conversion process, the lack of design guidance for achieving high performance makes catalysts exploring aleatory. The Sabatier principle is an acknowledged theory connecting the scaling relationship with heterogeneous catalytic activity, providing a tradeoff strategy for the topmost performance. Herein, a series of catalysts with wide-distributed d-band centers (i.e., wide range of adsorption strength) are elaborately constructed via high-entropy strategy, enabling an in-depth study of the Sabatier relations in electrocatalysts for LOBs. A volcano-type correlation of d-band center and catalytic activity emerges. Both theoretical and experimental results indicate that a moderate d-band center with appropriate adsorption strength propels the catalysts up to the top. As a demonstration of concept, the LOB using FeCoNiMnPtIr as catalyst provides an exceptional energy conversion efficiency of over 80 %, and works steadily for 2000 h with a high fixed specific capacity of 4000 mAh g-1 . This work certifies the applicability of Sabatier principle as a guidance for designing advanced heterogeneous catalysts assembled in LOBs.
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