Átomos Isolados de Selênio Semi-Metallico em Nanosheets de Ti3C2 MXene como Excelente Cátodo para Baterias de Lítio-Oxigênio

Resumo Baterias recarregáveis de Li–O2 são promissoras devido à sua alta densidade de energia, mas estão sujeitas a cinéticas lentas de redução/evolução do oxigênio. Desenvolver catalisadores altamente eficientes para melhorar a atividade catalítica e aliviar o sobrepotencial de oxidação-redução das baterias de Li–O2 é um grande desafio e importância. Neste trabalho, uma estratégia de reação térmica assistida por CO2 é desenvolvida para fabricar um catalisador isolado dopado com átomos de selênio semi-metallico (SASe-Ti3C2) como cátodos para baterias de Li–O2 de alto desempenho. As unidades isoladas dos centros de catálise de átomos de Se podem funcionar como centros catalíticos ativos para aumentar drasticamente a capacidade intrínseca de absorção de LiO2 e assim modular fundamentalmente o mecanismo de formação/decomposição do produto de descarga do peróxido de lítio (Li2O2), demonstrando cinéticas redox significativamente melhoradas e sobrepotenciais eficientemente ameliorados. Simulações teóricas revelam que a interação entre as unidades com Se e o substrato Ti3C2 aumenta significativamente a capacidade intrínseca de absorção de LiO2 e promove fundamentalmente a transferência de carga entre o eletrodo e o produto de Li2O2, melhorando profundamente o sobrepotencial de ciclo. O eletrodo SASe-Ti3C2 bem projetado apresenta polarização de carga/descarrega reduzida (1,10 V vs Li/Li+), capacidade de descarga ultralta (17.260 mAh g−1 a 100 mA g−1) e durabilidade superior (170 ciclos a 200 mA g−1) como cátodo para baterias de Li–O2. Os resultados promissores lançarão luz sobre o design de catalisadores altamente eficientes para sistemas envolvendo oxigênio em investigações futuras.