Confining bulk molecular O2 by inhibiting charge transfer on surface anions toward stable redox electrochemistry in layered oxide cathodes

材料科学 电化学 氧化还原 阴极 氧化物 电子转移 化学物理 离子 电极 光化学 物理化学 有机化学 冶金 化学
作者
Kang Wu,Peilin Ran,Shaofei Wang,Lunhua He,Wen Yin,Bao‐Tian Wang,Fangwei Wang,Jinkui Zhao,Enyue Zhao
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:113: 108602-108602 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108602
摘要

Molecular O2 has been clarified as an important O-oxidation model in anionic redox, the charge compensation provided by which pushes energy-density limits of layered oxide cathodes. However, how to confine the bulk-formed molecular O2 and retard its conversation to free gaseous O2 (↑), an origin of unstable redox electrochemistry, remains open questions. Here, we propose a strategy via tuning relative values of Mott–Hubbard U and charge-transfer energy Δ to suppress charge transfer on surface anions to confine the bulk molecular O2. Supported by theoretical calculations, Nb5+ without 4d electrons which can enable U < < Δ is selected as a charge-transfer insulator. The thus Nb5+-surface-tailored model compound Na0.67Fe0.5Mn0.5O2 shows an oxygen-redox-inactive surface and well-confined bulk molecular O2 as directly uncovered by soft X-ray absorption spectroscopy and 50 K-electron paramagnetic resonance results respectively. Meanwhile, a stable redox electrochemistry with enhanced cycling stability, inhibited voltage decay and eliminated P2-O2 phase transitions is observed because of the well-caged bulk O2. More broadly, this work presents a versatile access to stabilize the important O-oxidation model, enriching approaches of stabilizing the anionic redox electrochemistry.
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