合理設計高效的催化劑是促進鋰氧（Li-O₂）電池中氧電極反應動力學發展的關鍵。

基于此，成都理工大學舒朝著教授（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，有利于放電產物Li₂O₂的均勻形成和分解。

此外，密度泛函理論（DFT）計算表明，N的引入可以有效地調節Ti在N-Ti₃C₂(H)中的3d軌道占據，促進Ti 3d軌道與O 2p軌道之間的電子交換，加速氧電極反應。

通過DFT計算了O₂、LiO₂、Li₂O₂和(Li₂O₂)₂在Ti₃C₂、N-Ti₃C₂(A)和N-Ti₃C₂(H)上的吸附構型及氧電極反應的自由能圖。其中，OER和ORR的速率限制步驟分別為(Li₂O₂)₂團簇的分解((Li₂O₂)₂^* → 2(Li⁺ + e^?) + Li₂O₂^* + O₂)和Li₂O₂的生成(3(Li⁺ + e^?) + LiO₂^* ? 2(Li⁺ + e^?) + Li₂O₂^*)。

結果表明，N-Ti₃C₂(H)具有合適的吸附能和對O₂的電荷轉移數，表明其具有良好的電催化活性。投影態密度（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的有效調節，表明N-Ti₃C₂(H)的電導率有所提高。

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。與Ti₃C₂相比，N-Ti₃C₂(A)和N-Ti₃C₂(H)的Ti-O反鍵態向更高的能級發生位移，并且N-Ti₃C₂(A)反鍵態的位移程度低于N-Ti₃C₂(H)，這表明N-Ti₃C₂(H)中Ti和O原子之間存在較強的耦合。

N摻雜可以有效地調節Ti 3d軌道占據，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移到O₂上，這有利于促進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.

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