Tailoring the d-band electronic structure of deficient LaMn0.3Co0.7O3-δ perovskite nanofibers for boosting oxygen electrocatalysis in Zn-Air batteries

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作者
Xinyu Gao,Huan Liu,Yong Wang,Jiahui Guo,Xingwei Sun,Weiyan Sun,Haitao Zhao,Jie Bai,Chunping Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:650 (Pt A): 951-960 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.07.008
摘要

The development and design of efficient bifunctional electrocatalysts towards oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) are crucial for rechargeable Zinc-air batteries (ZABs). Optimizing the d-band structure of active metal center in perovskite oxides is an effective method to enhance ORR/OER activity by accelerating the rate-determining step. Herein, we report a deficient method to optimize the d-band structure of Co ions in LaMn0.3Co0.7O3-δ (LMCO-2) perovskite nanofibers, which regulates the mutual effect between B-site Co ions and reactive oxygen intermediates. It is proved by experiment and theoretical calculation that the d-band center (Md) of transition metal ions in LMCO-2 is moved up and the electron filling number of eg orbital in B site is 1.01, thus leading to the reduction of Gibbs free energy required for ORR rate-determining step (OH*→H2O*) to 0.22 eV and promoting reaction proceeds. In this manner, LMCO-2 showed good bifunctional oxygen electrocatalytic activity, with a half-wave potential of 0.71 V vs. RHE. Furthermore, the high specific capacity of 811.54 mAh g-1 and power density of 326.56 mW cm-2 were obtained by using LMCO-2 as the cathode catalyst for ZABs. This study proved the feasibility of d-band structure regulation to enhance the electrocatalytic activity of perovskite oxides.
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