研究速覽

■?近日，深圳大學(xué)宋軍教授和香港理工大學(xué)黃維揚(yáng)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種交替堆疊的MOF/MX異質(zhì)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出二維三明治狀結(jié)構(gòu)，具有豐富的活性位點(diǎn)，更好的導(dǎo)電性和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。原位表征和理論計(jì)算揭示了鋅離子在二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的可逆插層機(jī)制和高導(dǎo)電性，表明鋅離子更容易吸附在異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表面，有利于電化學(xué)反應(yīng)的快速發(fā)生，從而有利于電池倍率性能的提高。電化學(xué)測試證實(shí)了良好的Zn2+遷移動力學(xué)和理想的贗電容行為。結(jié)果表明，Cu-HHTP/MX具有優(yōu)異的倍率性能(在0.1 A g-1時為260.1 mAh g-1，在4 A g-1時為173.1 mAh g-1)，在4 A g-1下1000次循環(huán)的長期循環(huán)穩(wěn)定性為92.5%。

Part1

▉? 研究摘要? ▉

■?金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)，是近十幾年來發(fā)展迅速的一種配位聚合物材料。該材料通過金屬離子和有機(jī)配體進(jìn)行自組裝得到，具有高的比表面積、豐富可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)和可修飾的表面。二維金屬有機(jī)骨架兼具二維材料和MOFs材料的雙重優(yōu)勢,被認(rèn)為是新一代高性能鋅離子電池理想的電極材料。然而，傳統(tǒng)的導(dǎo)電性差和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差阻礙了其發(fā)展。

■?MXene?(MX)是具有多個官能團(tuán)的類石墨烯二維層狀材料，具有良好的二維結(jié)構(gòu)和理想的性能，如優(yōu)異的金屬導(dǎo)電性、親水性和可調(diào)的表面化學(xué),將MX引入MOFs材料中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。。因此，本文采用簡單的液相直接組裝策略制備了由Cu-HHTP和改性V2CTx納米片交替堆疊而成的Cu-HHTP/MX異質(zhì)結(jié)構(gòu)。二維Cu-HHTP/MX異質(zhì)結(jié)構(gòu)在Cu-HHTP活性材料與MX之間建立了有效的電荷傳輸通道，而MX有助于提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，促進(jìn)電子的快速傳輸。此外，Cu-HHTP/MX表現(xiàn)出增強(qiáng)的反應(yīng)動力學(xué)，包括較高的Zn2+擴(kuò)散系數(shù)和良好的贗電容效應(yīng)。

Part2

▉? 研究要點(diǎn)1? ▉

圖 1. a) Cu-HHTP/MX二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成示意圖。b) Zn為陽極，Cu-HHTP/MX異質(zhì)結(jié)構(gòu)為陰極的Zn/Cu-HHTP/MX電池機(jī)理圖。

▉? 研究要點(diǎn)2? ▉

圖 2. a) PDDA-MX、Cu-HHTP、Cu-HHTP/MX的Zeta電位。b) Cu-HHTP、MX、Cu-HHTP/MX的XRD圖譜。c, d) 氮?dú)馕?解吸等溫線及其孔徑分布圖。e) EPR譜。f) TGA曲線。Cu-HHTP/MX的g) SEM圖，h) HRTEM圖，i) SAED圖。

▉? 研究要點(diǎn)3? ▉

圖3.a) 電流密度為100 mA g-1下的充放電曲線，其中選中標(biāo)記狀態(tài)進(jìn)行非原位測試。b) XRD圖譜。c, d) O 1s和Cu 2p的XPS光譜。e) HAADF-STEM以及在完全放電和充電狀態(tài)下記錄的相應(yīng)元素映射圖像。

▉? 研究要點(diǎn)4? ▉

圖4a) 0.1 mV s-1時的CV曲線。b) 0.1 A g-1時的充放電曲線。c-e) Cu-HHTP和Cu-HHTP/MX的循環(huán)性能、倍率性能和平均容量。f) 不同電流密度下的充放電曲線。g) 4 A g-1下的長期循環(huán)測試。h) 本文的Cu-HHTP/MX陰極與報(bào)道的用于鋅離子電池的MOF陰極倍率性能比較。

Part3

▉? 研究總結(jié)? ▉

■?最終，MOF/MX異質(zhì)結(jié)構(gòu)在鋅離子電池應(yīng)用中表現(xiàn)出高的比容量，優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為未來合理設(shè)計(jì)高性能二維MOFs基水系鋅離子電池正極材料提供了新的思路。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1002/anie.202218343