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宁波材料所在富锂材料析氧反应OER中间态的理论研究方面取得新进展
作者:,日期:2019-12-18

  锂离子电池富锂锰基正极材料是颇具应用前景的下一代高能量密度正极材料体系,在学术领域和工业领域都吸引了大量学者开展基础应用研究。然而,基于传统过渡金属阳离子氧化还原反应的电荷补偿机制,无法对富锂材料中锂脱出对应的超高容量从化学根源上给出合理的解释。2013年,阴阳离子共同氧化还原机制的提出,为富锂材料的研究指出了新的方向,也因此产生了一个新的化学概念:一种新类型的析氧反应(OER)。在锂离子电池正极材料这类体相材料中,科研人员对晶格氧离子能否转变为OER中间态,以及中间态的基本结构特征充满了疑问,并展开了激烈的争论。

  中国科学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-)形成的锂化学条件,建立了过渡金属-氧(TM-O2δ-)的几何构型分类,清晰而系统地揭示了锂离子电池富锂氧化物晶格中的氧离子新形态。相关研究成果发布在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(红色棍连双球);(b)桥连式O2δ-类分子轨道;(c)热力学角度预测Li2MnO3脱锂过程O2δ-的演化。

  (新能源所 陈珍莲)

  

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