我院巨新、万初斌团队《Advanced Functional Materials》配体-金属间电荷转移激发钠离子电池正极阴离子氧化还原

近日，我院巨新、万初斌团队在MOF衍生层状钠离子电池正极材料中，通过配体-金属间电荷转移实现了阴离子氧化还原的激发过程。研究基于中子衍射、同步辐射吸收谱和理论模拟计算分析了TMs和O的轨道杂化，发现Mg诱导O_2p非成键态作为电子供体，与Ni_3d自旋向下的t_2g轨道之间形成强烈的相互作用。此种π构型的氧处于反键轨道刚好低于费米能级，表现出高氧化活性和稳定性。研究成果为可逆金属离子电池带了新的设计理念和技术支持。

该成果以“Ligand-to-Metal Charge Transfer Motivated the Whole-Voltage-Range Anionic Redox in P2-Type Layered Oxide Cathodes”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19，物理1区）。第一作者为beat365博士研究生唐安春。合作单位：中国原子能科学研究院。

图1. 基于中子衍射、同步辐射衍射和透射电镜的NNMO和NNMMO晶体结构表征

图2. NNMO和NNMMO的电化学性能测试结果

图3. NNMO和NNMMO中TM-O2p轨道杂化情况

图4. 电荷补偿机理示意图 

本工作证实了阳离子无序的P2层氧化锰通过电子从配体到金属的传递而发生π型阴离子氧化。氧作为π电子给体，表现出低电压氧氧化还原。在大量的电化学惰性Mg离子掺杂后，NNMMO的容量没有明显下降。此外，由于减轻了高压下阴离子的过度氧化，增加了Mn-O键的强度，电极的循环寿命得到提升。此项研究为利用π型阴离子氧化理论开发高容量、高稳定性电极提供了重要的参考价值。

参考文献

A. Tang, R. Zhao, et al. Ligand-to-Metal Charge Transfer Motivated the Whole-Voltage-Range Anionic Redox in P2-Type Layered Oxide Cathodes. Advanced Functional Materials. Adv. Funct. Mater. 2024, 2402639.

DOI: 10.1002/adfm.202402639

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202402639