Angew. Chem. :构建2D三明治状的MOF/MXene异质结构用于耐用和快速的水锌离子电池

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金属有机骨架材料(MOFs),是近十几年来发展迅速的一种配位聚合物材料。该材料通过金属离子和有机配体进行自组装得到,具有高的比表面积、丰富可调的孔道结构和可修饰的表面。二维金属有机骨架兼具二维材料和MOFs材料的双重优势,被认为是新一代高性能锌离子电池理想的电极材料。然而,传统的导电性差和结构稳定性差阻碍了其发展。



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MXene (MX)是具有多个官能团的类石墨烯二维层状材料,具有良好的二维结构和理想的性能,如优异的金属导电性、亲水性和可调的表面化学。因此,将MX引入MOFs材料中具有独特的优势。首先,MX以纳米片的形式均匀锚定在MOFs片层之间,增强了片层间的作用力,赋予材料优异的结构稳定性,并且二维层状纳米通道缩短了离子扩散距离。其次,构建的异质结构为电子在片层间的垂直传输提供了通道,提高了材料整体的电子传输效率。

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在本文中,深圳大学宋军教授和香港理工大学黄维扬教授团队报道了一种交替堆叠的MOF/MX异质结构,表现出二维三明治状结构,具有丰富的活性位点,更好的导电性和优异的结构稳定性。原位表征和理论计算揭示了锌离子在二维异质结构中的可逆插层机制和高导电性,表明锌离子更容易吸附在异质结构的表面,有利于电化学反应的快速发生,从而有利于电池倍率性能的提高。电化学测试证实了良好的Zn2+迁移动力学和理想的赝电容行为。

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最终,MOF/MX异质结构在锌离子电池应用中表现出高的比容量,优异的倍率性能和良好的循环稳定性。该工作为未来合理设计高性能二维MOFs基水系锌离子电池正极材料提供了新的思路。

文信息

Constructing 2D Sandwich-like MOF/MXene Heterostructures for Durable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries

Dr. Yalei Wang, Prof. Jun Song, Prof. Wai-Yeung Wong


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202218343




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