Biaxially Compressive Strain in Ni/Ru Core/Shell Nanoplates Boosts Li–CO2 Batteries

材料科学 过电位 成核 纳米材料 催化作用 抗压强度 密度泛函理论 应变工程 纳米技术 化学工程 复合材料 物理化学 电化学 光电子学 计算化学 热力学 电极 物理 工程类 生物化学 化学
作者
Fan Li,Haoming Shen,Dongxiao Ji,Yi Xing,Tao Lü,Qiang Sun,Shaojun Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (30) 被引量:84
标识
DOI:10.1002/adma.202204134
摘要

Regulating surface strain of nanomaterials is an effective strategy to manipulate the activity of catalysts, yet not well recognized in rechargeable Li-CO2 batteries. Herein, biaxially compressive strained nickel/ruthenium core/shell hexagonal nanoplates (Ni/Ru HNPs) with lattice compression of ≈5.1% and ≈3.2% in the Ru {10-10} and (0002) facets are developed as advanced catalysts for Li-CO2 batteries. It is demonstrated that tuning the electronic structure of Ru shell through biaxially compressive strain engineering can boost the kinetically sluggish CO2 reduction and evolution reactions, thus achieving a high-performance Li-CO2 battery with low charge platform/overpotential (3.75 V/0.88 V) and ultralong cycling life (120 cycles at 200 mA g-1 with a fixed capacity of 1000 mAh g-1 ). Density functional theory calculations reveal that the biaxially compressive strain can downshift the d-band center of surface Ru atoms and thus weaken the binding of CO2 molecules, which is energetically beneficial for the nucleation and decomposition of Li2 CO3 crystals during the discharge and charge processes. This study confirms that strain engineering, though constructing a well-defined core/shell structure, is a promising strategy to improve the inherent catalytic activity of Ru-based materials in Li-CO2 batteries.
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