d-Orbital steered active sites through ligand editing on heterometal imidazole frameworks for rechargeable zinc-air battery

配体(生物化学) 电池(电) 咪唑 脱质子化 材料科学 电极 金属有机骨架 化学 吸附 物理化学 冶金 立体化学 物理 有机化学 功率(物理) 受体 离子 量子力学 生物化学
作者
Yi Jiang,Ya‐Ping Deng,Ruilin Liang,Jing Fu,Rui Gao,Dan Luo,Zhengyu Bai,Yongfeng Hu,Aiping Yu,Zhongwei Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:132
标识
DOI:10.1038/s41467-020-19709-6
摘要

The implementation of pristine metal-organic frameworks as air electrode may spark fresh vitality to rechargeable zinc-air batteries, but successful employment is rare due to the challenges in regulating their electronic states and structural porosity. Here we conquer these issues by incorporating ligand vacancies and hierarchical pores into cobalt-zinc heterometal imidazole frameworks. Systematic characterization and theoretical modeling disclose that the ligand editing eases surmountable energy barrier for *OH deprotonation by its efficacy to steer metal d-orbital electron occupancy. As a stride forward, the selected cobalt-zinc heterometallic alliance lifts the energy level of unsaturated d-orbitals and optimizes their adsorption/desorption process with oxygenated intermediates. With these merits, cobalt-zinc heterometal imidazole frameworks, as a conceptually unique electrode, empowers zinc-air battery with a discharge-charge voltage gap of 0.8 V and a cyclability of 1250 h at 15 mA cm-2, outperforming the noble-metal benchmarks.

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