Real-Time Monitoring of Surface Effects on the Oxygen Reduction Reaction Mechanism for Aprotic Na–O2 Batteries

化学 电化学 拉曼光谱 氧气 过氧化物 无机化学 吸附 晶体结构 反应机理 单晶 电极 物理化学 结晶学 催化作用 有机化学 物理 光学
作者
Jing Zhang,Xia‐Guang Zhang,Jin‐Chao Dong,Petar M. Radjenovic,David James Young,Jianlin Yao,Yaxian Yuan,Zhong‐Qun Tian,Jianfeng Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (48): 20049-20054 被引量:16
标识
DOI:10.1021/jacs.1c10009
摘要

Discharging of aprotic sodium-oxygen (Na-O2) batteries is driven by the cathodic oxygen reduction reaction in the presence of sodium cations (Na+-ORR). However, the mechanism of aprotic Na+-ORR remains ambiguous and is system dependent. In-situ electrochemical Raman spectroscopy has been employed to study the aprotic Na+-ORR processes at three atomically ordered Au(hkl) single-crystal surfaces for the first time, and the structure-intermediates/mechanism relationship has been identified at a molecular level. Direct spectroscopic evidence of superoxide on Au(110) and peroxide on Au(100) and Au(111) as intermediates/products has been obtained. Combining these experimental results with theoretical simulation has revealed that the surface effect of Au(hkl) electrodes on aprotic Na+-ORR activity is mainly caused by the different adsorption of Na+ and O2. This work enhances our understanding of aprotic Na+-ORR on Au(hkl) surfaces and provides further guidance for the design of improved Na-O2 batteries.

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