Menyelidiki Aksi Kimia Motif M-N4 dalam Mediator Redoks Berbasis Metal Phthalocyanine dalam Baterai Li-O2

Abstrak
Meskipun energi spesifik teoritis baterai isi ulang Li-O2 sangat tinggi, realisasi praktisnya masih sulit dipahami, terutama karena kinetika reduksi/evolusi oksigen yang lambat dan mekanisme nontrivial yang mendasarinya. Di sini, kami secara sistematis menyelidiki dengan spektroskopi operando dan perhitungan DFT karakteristik penjangkaran berbagai pelepasan (yaitu logam-superoksida, logam-peroksida) dan produk sampingan (yaitu Li2CO3, LiOH) pada motif M-N4 mediator redoks (RM) ftalosianin logam transisi baris pertama dan dampaknya pada kinerja baterai Li-O2. Orbital d tak jenuh dan produk pelepasan yang berorientasi antara dua ikatan MN menghasilkan stabilitas RM berbasis Mn, Fe, dan Co, polarisasi muatan rendah, dan kinerja baterai yang unggul. Sebaliknya, penjangkaran yang kuat dengan cincin ftalosianin menyebabkan hilangnya aktivitas RM. Sementara pelepasan dan produk parasit berkoordinasi lebih kuat dengan pusat logam untuk RM orbital d tak jenuh, untuk orbital d terisi, produk berkoordinasi dengan cincin porfirin. Temuan pada orientasi pelepasan/produk samping pada katalis motif M-N4 dengan jelas menjelaskan polarisasi selama proses pengisian. Studi mendasar ini akan membantu dalam desain molekuler komprehensif untuk RM berbasis cairan untuk sistem baterai generasi berikutnya untuk aplikasi stasioner.