Surface Electronegativity as an Activity Descriptor to Screen Oxygen Evolution Reaction Catalysts of Li–O2 Battery

过电位 电负性 催化作用 材料科学 离子键合 电池(电) 解吸 物理化学 化学工程 无机化学 化学物理 热力学 化学 离子 电极 电化学 有机化学 吸附 功率(物理) 工程类 物理
作者
Xiaolin Zhao,Feng Gu,Youwei Wang,Zhangquan Peng,Jianjun Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (24): 27166-27175 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.0c04814
摘要

The development of active electrocatalysts for enhancing Li 2 O 2 decomposition kinetics plays an important role in reducing the overpotential of Li–O 2 batteries. However, a catalytic descriptor is not established due to the difficult characterization of the charge transfer between Li 2 O 2 and the catalyst. Here, we employ first-principles thermodynamic calculations to study the electrocatalytic mechanism of 4d transition metals. We found that charge acceptation and donation capacities of catalysts, defined as surface electron affinity ( V SEA ) and surface ionic potential ( V SIP ), take cooperative responsibilities for the activation of Li–O 2 bonds and the reduction of desorption barriers of Li + and O 2, respectively. Therefore, we define surface electronegativity V SE ( V SE = ( V SEA + V SIP )/2), which exhibits a volcano curve with a reduced charge overpotential, as the catalytic descriptor. We identified those catalysts with surface electronegativities of 1.7–2.2 V to have highly catalytic activities in the reduction of the charge overpotential, which are well verified by previous experimental data. The present study opens a wide avenue in the development of high-activity catalysts for interfacial electrocatalysts by an effective descriptor.
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