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甯波材料所在富锂材料析氧反應OER中間態的理論研究方面取得新進展
作者:,日期:2019-12-18

  锂離子電池富锂錳基正極材料是頗具應用前景的下一代高能量密度正極材料體系,在學術領域和工業領域都吸引了大量學者開展基礎應用研究。然而,基于傳統過渡金屬陽離子氧化還原反應的電荷補償機制,無法對富锂材料中锂脫出對應的超高容量從化學根源上給出合理的解釋。2013年,陰陽離子共同氧化還原機制的提出,爲富锂材料的研究指出了新的方向,也因此産生了一個新的化學概念:一種新類型的析氧反應(OER)。在锂離子電池正極材料這類體相材料中,科研人員對晶格氧離子能否轉變爲OER中間態,以及中間態的基本結構特征充滿了疑問,並展開了激烈的爭論。

  中國科學院宁波材料技术与工程研究所陈珍莲副研究员、黎军研究员与美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授展开了合作研究,基于前期发展的高通量Madelung矩阵筛选方法,通过第一性原理计算,指出了这类OER的中间产物(类过氧/超氧根,O2δ-)形成的锂化學條件,建立了過渡金屬-氧(TM-O2δ-)的幾何構型分類,清晰而系統地揭示了锂離子電池富锂氧化物晶格中的氧離子新形態。相關研究成果發布在J. Am. Chem. Soc.杂志上(Unraveling Oxygen Evolution in Li-Rich Oxides: A Unified Modeling of the Intermediate Peroxo/Superoxo-like Dimers,J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 10751-10759,DOI: 10.1021/jacs.9b03710)。这一工作获得国家重点研发计划(2018YFB0704300)、国家公派留学计划和宁波市创新团队项目(2016B10005)的支持。

图1 (a) 5类O2δ-片段(紅色棍連雙球);(b)橋連式O2δ-類分子軌道;(c)熱力學角度預測Li2MnO3脫锂過程O2δ-的演化。

  (新能源所 陈珍莲)