提高往返效率和减轻寄生副反应在提高锂氧（Li–O₂）电池的活性和耐久性方面发挥着关键作用。

近日，山东大学尹龙卫教授，Zhiwei Zhang，中科大Yue Lin首次报道了锚定在N掺杂碳纳米片上的充满丰富晶体缺陷的Ti₃C₂ MXene量子点团簇（Ti₃C₂ QDC/N-C）可以作为Li–O₂电池的高性能双功能电催化剂。

文章要点

1）研究发现，Ti₃C₂ QDC/N-C中明确的晶界和边缘缺陷在调节活性钛原子的局部不饱和配位状态，从而调节Ti₃C₂ QDC/N-C的电子结构方面做出了重要贡献，大大提高了催化性能。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，丰富的晶体缺陷控制的催化中心为诱导电荷密度离域、调节Li_xO_y中间体吸附和降低氧化还原能垒提供了实质性的作用。最终Li₂O₂配体的几何形态和分布随着优化的分解可逆性而明显改变，从而增强了电催化动力学并降低了氧化还原电压间隙。

3）实验结果显示，基于Ti₃C₂ QDC/N-C的Li-O₂电池显示出良好的长循环稳定性（在200 mA g⁻¹下，循环240次），具有最小的副反应和显著的放电/充电过电位（0.62 V）。

这种晶体缺陷策略为扩大MXenes中的活性中心用于催化应用铺平了一条新的道路。

参考文献

Peng Wang, et al, Bifunctional Catalytic Activity Guided by Rich Crystal Defects in Ti₃C₂ MXene Quantum Dot Clusters for Li–O₂ Batteries, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202003069

https://doi.org/10.1002/aenm.202003069