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深圳大學物理與光電工程學院Yu Chen和Jun Song等--原子耦合的2D MnO2/MXene超晶格用于超穩定和快速水溶液鋅離子電池
δ-MnO2由于其層狀結構的特點,引起了作為水性鋅離子電池(AZIBs)陰極應用的大量科學研究。然而,由于δ-MnO2陰極本身的導電性能差和充放電過程中的結構不穩定,導致其較低的速率性能和較差的循環穩定性,阻礙了其進一步的開發和商業應用。在這里,我們報告了通過單層MnO2和Ti3C2Tx MXene納米片的溶液相組裝來制備二維MnO2/MXene超晶格,其中單層MnO2納米片在單層MXene納米片之間被分離和穩定。MXene納米片不僅可以作為結構穩定劑來隔離MnO2納米片并防止其聚集,還可以作為導電促進劑來加強電導率,從而保持整體結構的穩定,實現電子的快速傳遞。此外,二維MnO2/MXene的規律性疊加具有重復的周期性,可導致活性位點高度暴露,促進離子擴散。因此,MnO2/MXene陰極在AZIBs中獲得了0.2 A g−1時315.1 mAh g−1的大容量,5 A g−1時149.8 mAh g−1的突出速率性能,5000次循環后88.1%的容量保留,以及優異的長期循環穩定性。同時,通過電化學測量和密度泛函理論計算,闡明了優越的H+/Zn2+擴散動力學和理想的贗電容行為。本研究為AZIBs中錳氧化物基正極材料的創新提供了先進的前景。

 
圖1. (a) MnO2/MXene超晶格合成示意圖。(b, c) MnO2納米片(b)和PDDA-MXene納米片(c)的AFM圖像和高度圖。(d) SEM, (e) TEM, (f) SAED模式,和(g) MnO2/MXene的HRTEM圖像。

 
圖2. 二維MnO2/MXene超晶格的結構表征。

 
圖3. 二維MnO2/MXene超晶格充放電過程中H+和Zn2+的儲存機理研究。

 
圖4. MnO2/MXene陰極的電化學性能。

 
圖5。MnO2/MXene陰極的電化學動力學和DFT計算結果。
 
     相關科研成果由深圳大學物理與光電工程學院Yu Chen和Jun Song等人于2023年發表在ACS Nano(https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07627)上。原文:Atomically Coupled 2D MnO2/MXene Superlattices for Ultrastable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c07627

轉自《石墨烯研究》公眾號

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