Metal-to-metal charge transfer driven by electropositive species for stable anionic redox

氧化还原 化学 金属 阴极 插层(化学) 过渡金属 氧化物 氧气 化学物理 密度泛函理论 无机化学 计算化学 催化作用 物理化学 生物化学 有机化学
作者
Min‐Ho Kim,Haeseong Jang,Eun Ryeol Lee,Jaehyun Park,Tae-Won Kim,Jeongwoo Seo,Young Hwa Jung,Seok Ju Kang,Jaephil Cho,Min Gyu Kim,Dong‐Hwa Seo,Hyun‐Wook Lee
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-1288463/v1
摘要

Abstract Apart from conventional redox chemistries, exploring high-voltage redox processes, such as high-valent redox of a transition metal (TM) or novel anionic redox, is challenging due to unstable energy states correlated with destructive structural disorder in intercalation-type cathode materials. Here, we show a new strategy to design high-energy-density 4d-based Li-excess oxides with strong structural reversibility by substituting electropositive species. It is known that TMs in 4d-based Li-excess oxides, in contrast to 3d-based oxides, actively interact with neighboring oxygen ligands, inducing b 1 /b 1 * energy levels. Metal-to-metal charge transfer, driven by covalency competition within the asymmetric TM 3d -O-TM 4d backbone, induces a larger overlap between electronegative species and oxygen ligands, leading to stable high-voltage redox. Furthermore, we reveal that redox-inactive dopants control the reversibility of cation migration, thereby extending the battery lifetime. These insights open new perspectives for the control of intrinsic redox chemistry and enable rational designs for high-energy-density Li-excess cathodes.
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