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2022-05-06
顆粒在線訊：給定電極材料的理論容量最終由每個(gè)氧化還原中心中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)量決定。多電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的設(shè)計(jì)可以突破單電子轉(zhuǎn)移的限制，使總?cè)萘砍杀对黾樱捎诙嚯娮愚D(zhuǎn)移過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)都比較復(fù)雜，因此很難實(shí)現(xiàn)。近日，北京航空航天大學(xué)郭林教授，劉利民教授報(bào)道了單層Ni(OH)2納米薄膜中的雙電子轉(zhuǎn)移，這與傳統(tǒng)的多層材料中的單電子轉(zhuǎn)移形成了鮮明的對(duì)比。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員利用第一性原理計(jì)算預(yù)測(cè)了Ni2+→Ni3+的第一次氧化過(guò)程容易發(fā)生，而在多層材料中，Ni3+→Ni4+中的第二電子轉(zhuǎn)移受到Ni3+（t2g6eg1）八面體的Jahn?Teller扭曲引起的層間氫鍵和磁區(qū)H結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈阻礙。相反，第二電子轉(zhuǎn)移很容易在單分子膜中發(fā)生，因?yàn)樗械腍原子都完全暴露。
2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所制備的單分子膜具有高達(dá)576 mAh/g的氧化還原容量，幾乎是單電子轉(zhuǎn)移過(guò)程理論容量的2倍。原位實(shí)驗(yàn)表明，在充電過(guò)程中，單層Ni(OH)2可以轉(zhuǎn)移兩個(gè)電子，大部分Ni離子轉(zhuǎn)化為Ni4+，而塊體Ni(OH)2只能部分轉(zhuǎn)化。
這項(xiàng)工作揭示了原子薄Ni(OH)2納米片中的一種新的氧化還原反應(yīng)機(jī)理，并為調(diào)節(jié)電子轉(zhuǎn)移數(shù)以增加相關(guān)儲(chǔ)能材料的容量提供了一條有希望的途徑。
文章鏈接：
Jianxin Kang, et al, Realizing Two-Electron Transfer in Ni(OH)2 Nanosheets for Energy Storage, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c13523
https://doi.org/10.1021/jacs.1c13523
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