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 钠 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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