黄维院士EES：超薄V2O3纳米片用于超快耐用的Zn存储

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-25 08:18

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钒基氧化物具有高理论容量、多样的价态以及高电化学活性，已被广泛用作AZIBs的正极材料。然而，其实际应用仍然受到钒溶解、结构不稳定和循环过程中反应动力学缓慢的阻碍。

在此， 西北工业大学黄维团队 开发了超薄双碳保护的 V ₂ O ₃ 纳米片。研究显示，设计的C@V ₂ O ₃ @C纳米片具有大表面积、多孔结构、小尺寸、高V ₂ O ₃ 含量等优点。

基于此， C@V ₂ O ₃ @C 正极在 1 A/g 时在 3000 次循环后仍具有约100% 的良好容量保持率。其在 50 A/g 电流密度下表现出 402 mA h/g 的优异倍率性能，优于大多数报道的 AZIB 正极材料。

此外，作者通过各种原位/异位表征揭示了V ₂ O ₃ 的反应机理，并通过动力学分析、理论计算等揭示了C@V ₂ O ₃ @C的作用机制。最后，组装好的柔性 ZIB 可以集成到自供电系统中，以实现对人体运动的可靠信号监测，凸显了双碳结构在高性能正极材料和潜在可穿戴电子应用中的前景。

图1. 复合材料的锌离子存储性能

总之，该工作通过逐步的 MXene 和 MOF 转换策略开发了超薄双碳保护的 V ₂ O ₃ 纳米片。研究显示，所设计的C@V ₂ O ₃ @C纳米片表现出丰富的活性位点、优异的结构完整性，以及锌离子存储性能。

基于此，其表现出良好的循环性能，并在1 A g ^-1 下100次循环后保持410 mAh g ^- 1的高容量，在30 A g ^-1 下3000次循环后保持240 mAh g ^-1 的高容量。

此外，C@V ₂ O ₃ @C 正极的优异倍率性能（50 A g ^-1 时为 402 mA h g ^-1 ）优于之前报道的大多数 AZIB 正极材料。因此，该工作凸显了双碳保护结构在实现高性能正极材料和可穿戴电子应用方面的良好前景。

图2. C@V ₂ O ₃ @C正极构建的柔性准固态ZIB的结构、性能和应用

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