合理設(shè)計(jì)高效的催化劑是促進(jìn)鋰氧（Li-O2）電池中氧電極反應(yīng)動力學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵?；诖?，成都理工大學(xué)舒朝著教授（通訊作者）等人用水熱法制備了N摻雜Ti3C2 MXene (N-Ti3C2(H))作為高效的鋰氧電池催化劑。
N摻雜增加了N-Ti3C2(H)的無序度，提供了豐富的活性位點(diǎn)，有利于放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2的均勻形成和分解。此外，密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，N的引入可以有效地調(diào)節(jié)Ti在N-Ti3C2(H)中的3d軌道占據(jù)，促進(jìn)Ti 3d軌道與O 2p軌道之間的電子交換，加速氧電極反應(yīng)。通過DFT計(jì)算了O2、LiO2、Li2O2和(Li2O2)2在Ti3C2、N-Ti3C2(A)和N-Ti3C2(H)上的吸附構(gòu)型及氧電極反應(yīng)的自由能圖。其中，OER和ORR的速率限制步驟分別為(Li2O2)2團(tuán)簇的分解((Li2O2)2* → 2(Li+ + e?) + Li2O2* + O2)和Li2O2的生成(3(Li+ + e?) + LiO2* ? 2(Li+ + e?) + Li2O2*)。結(jié)果表明，N-Ti3C2(H)具有合適的吸附能和對O2的電荷轉(zhuǎn)移數(shù)，表明其具有良好的電催化活性。投影態(tài)密度（PDOS）圖表明，N-Ti3C2(A) (0.95 eV)和N-Ti3C2(H) (0.17 eV)的帶隙比Ti3C2 (1.18 eV)要窄，N-Ti3C2(H)的Ti 3d軌道受到表面摻雜N的有效調(diào)節(jié)，表明N-Ti3C2(H)的電導(dǎo)率有所提高。此外，還通過晶體軌道哈密頓布居（COHP）分析研究了Ti-O鍵的成鍵和反鍵態(tài)。與Ti3C2相比，N-Ti3C2(A)和N-Ti3C2(H)的Ti-O反鍵態(tài)向更高的能級發(fā)生位移，并且N-Ti3C2(A)反鍵態(tài)的位移程度低于N-Ti3C2(H)，這表明N-Ti3C2(H)中Ti和O原子之間存在較強(qiáng)的耦合。N摻雜可以有效地調(diào)節(jié)Ti 3d軌道占據(jù)，增加Ti3+的含量，而Ti3+可以在從O2中接受電子的同時將電子轉(zhuǎn)移到O2上，這有利于促進(jìn)O2的活化。Adjusting the 3d Orbital Occupation of Ti in Ti3C2 MXene via Nitrogen Doping to Boost Oxygen Electrode Reactions in Li-O2 Battery. Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202206611.https://doi.org/10.1002/smll.202206611
