Two-Dimensional Mn3O4 Nanosheets with Dominant (101) Crystal Planes on Graphene as Efficient Oxygen Catalysts for Ultrahigh Capacity and Long-Life Li–O2 Batteries

催化作用 石墨烯 纳米片 过电位 材料科学 氧气 Crystal(编程语言) 化学工程 纳米技术 化学 电化学 物理化学 电极 有机化学 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Yuejiao Li,Jieqiong Qin,Yajun Ding,Jiaxin Ma,Pratteek Das,Hanqing Liu,Zhong‐Shuai Wu,Xinhe Bao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (20): 12765-12773 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c02544
摘要

Designing oxygen catalysts with well-defined shapes and high-activity crystal facets is of great importance to boost catalytic performance of Li–O2 batteries but challenging. Herein, we report the facet engineering of an ultrathin Mn3O4 nanosheet (NS) with dominant (101) crystal planes on graphene (Mn3O4 NS/G) as efficient and durable oxygen catalysts for high-performance Li–O2 batteries with ultrahigh capacity and long-term stability. Notably, the Mn3O4 NS/G with the (101) facets and enriched oxygen vacancies offers a lower charge overpotential of 0.86 V than that of Mn3O4 nanoparticles on graphene (1.15 V). Further, the Mn3O4 NS/G cathode exhibits a long-term stability over 1300 h and an ultrahigh specific capacity up to 35,583 mAh g–1 at 200 mA g–1, outperforming most Mn-based oxides for Li–O2 batteries reported. Both the experimental and theoretical results prove the lower adsorption energy of Mn3O4 (101) for Li2O2 in comparison with Mn3O4 (211), manifesting the easier decomposition of Li2O2 during the charging process. This work will open many opportunities to engineer Mn-based materials with a defined crystal facet for high-performance Li–O2 batteries.
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