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陳軍/牛志強(qiáng)AM：在雙層水合釩酸鹽中錨定極性有機(jī)分子促進(jìn)水系鋅離子存儲(chǔ)

層狀釩氧化物的電化學(xué)性能通常通過將客體物質(zhì)引入其夾層來改善。需要在夾層中具有高穩(wěn)定性且在充電/放電過程中與Zn²⁺相互作用較弱的客體物種來促進(jìn)可逆的Zn²⁺轉(zhuǎn)移。

南開大學(xué)陳軍、牛志強(qiáng)等人開發(fā)了一種通用補(bǔ)償策略，通過替換部分結(jié)晶水將各種極性有機(jī)分子引入到 Al_xV₂O₅·nH₂O (AlVO-H₂O)的夾層中。

有機(jī)分子中的高極性基團(tuán)與預(yù)先嵌入的Al³⁺具有很強(qiáng)的靜電吸引力，確保有機(jī)分子可以錨定在水合釩酸鹽的夾層中。同時(shí)，低極性基團(tuán)賦予有機(jī)分子在循環(huán)過程中與Zn²⁺的弱相互作用，從而實(shí)現(xiàn)可逆的Zn²⁺轉(zhuǎn)移。

圖1 材料制備及表征

因此，具有極性有機(jī)分子的Al_xV₂O₅顯示出增強(qiáng)的電化學(xué)性能。此外，基于上述正極材料，通過進(jìn)一步與無枝晶的N摻雜碳納米纖維@Zn負(fù)極集成組裝了軟包電池，其能量密度為50 Wh kg^-1。

該工作為設(shè)計(jì)穩(wěn)定的客體物種提供了一條途徑，該客體物種與層狀氧化釩中間層中的Zn²⁺相互作用較弱，可用于水系鋅電池的高性能正極材料。

圖2 電化學(xué)性能

A Universal Compensation Strategy to Anchor Polar Organic Molecules in Bilayered Hydrated Vanadates for Promoting Aqueous Zinc-Ion Storage. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102701

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