δ-MnO
2由于其層狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，引起了作為水性鋅離子電池(AZIBs)陰極應(yīng)用的大量科學(xué)研究。然而，由于δ-MnO
2陰極本身的導(dǎo)電性能差和充放電過程中的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致其較低的速率性能和較差的循環(huán)穩(wěn)定性，阻礙了其進(jìn)一步的開發(fā)和商業(yè)應(yīng)用。在這里，我們報(bào)告了通過單層MnO
2和Ti
3C
2T
x MXene納米片的溶液相組裝來制備二維MnO
2/MXene超晶格，其中單層MnO
2納米片在單層MXene納米片之間被分離和穩(wěn)定。MXene納米片不僅可以作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑來隔離MnO
2納米片并防止其聚集，還可以作為導(dǎo)電促進(jìn)劑來加強(qiáng)電導(dǎo)率，從而保持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)電子的快速傳遞。此外，二維MnO
2/MXene的規(guī)律性疊加具有重復(fù)的周期性，可導(dǎo)致活性位點(diǎn)高度暴露，促進(jìn)離子擴(kuò)散。因此，MnO
2/MXene陰極在AZIBs中獲得了0.2 A g
−1時(shí)315.1 mAh g
−1的大容量，5 A g
−1時(shí)149.8 mAh g
−1的突出速率性能，5000次循環(huán)后88.1%的容量保留，以及優(yōu)異的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，通過電化學(xué)測(cè)量和密度泛函理論計(jì)算，闡明了優(yōu)越的H+/Zn
2+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)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(chuàng)新提供了先進(jìn)的前景。
圖1. (a) MnO
2/MXene超晶格合成示意圖。(b, c) MnO
2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) MnO
2/MXene的HRTEM圖像。
圖2. 二維MnO
2/MXene超晶格的結(jié)構(gòu)表征。
圖3. 二維MnO
2/MXene超晶格充放電過程中H
+和Zn
2+的儲(chǔ)存機(jī)理研究。
圖4. MnO
2/MXene陰極的電化學(xué)性能。
圖5。MnO
2/MXene陰極的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和DFT計(jì)算結(jié)果。
相關(guān)科研成果由深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院Yu Chen和Jun Song等人于2023年發(fā)表在ACS Nano（https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07627）上。原文：Atomically Coupled 2D MnO
2/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(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
