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南开卜显和院士AFM:氧化还原活性中心嵌入二维导电MOF提高锂存储性能

日期: 来源:MOFs在线收集编辑:Hope
有机氧化还原活性材料具有可设计的结构和成本效益,是锂离子电池极具发展前景的电极材料。但其导电性差,在有机电解质中的溶解度高,限制了器件的性能和实际应用。为了优化有机电极的锂(Li)存储性能,在Cu基二维导电金属-有机框架(2D c-MOF)的骨架中巧妙地嵌入了氧化还原活性中心,从而提高了比容量(300 mA g- 1时为763 mAh g- 1)、长期循环稳定性(300 mA g- 1时为600次循环后容量保持≈90%)和优异的倍率性能。实验和计算结果的相关性证实,这种高锂存储性能来自于最大的活性位点数量(HATN单元中CN位点和CuO4单元中CO位点)、良好的导电性和高效的传质通道。这种将多个氧化还原活性部分集成到2D c-MOF的策略为高性能电极材料的设计开辟了新的途径。

图文简介

连接的功能分子单元和金属形成具有高密度氧化还原活性位点的2D c-MOF的示意图。

Cu-HATN的结构和形态表征。a)计算结构。b) PXRD数据的Le Bail拟合。c) 77 k时N2吸附等温线d) SEM图像。e) HR-TEM图像,e1,e2)所选切片沿c轴和垂直于[001]方向的放大图像。f)单个Cu- hatn棒的STEM图像及其关于C、O、N和Cu的元素分布

Cu-HATN, 6OH-HATN和HATN电极的LIBs性能。a)扫描速率为0.1 mV s−1时电极材料Cu-HATN的CV曲线。b)第一个循环50 mA g−1放电-充放电曲线。c)在150 ~ 1500 mA g−1不同电流密度下的速率性能。d)奈奎斯特情节。e)在电解液中浸泡24小时后的紫外-可见光谱f)扫描速率为0.6 mV s−1时的电容控制贡献。g) Cu-HATN与其他二维c-MOF锂离子阳极的性能比较。h) 300ma g−1时的循环性能。

Cu-HATN电极的Li存储机理。a)不同扫描速率下的CV曲线。b)不同峰值的b值。c)不同扫描速率下的电容贡献比。d)第一循环电压范围为0.01-3.0 V vs Li+/Li的放电-充电曲线。e) f) n1s和g) o1s在不同放电和充电状态下的原位FTIR光谱和HR-XPS光谱。

模拟得到Cu-HATN的锂化途径。a)提出的锂化途径。左轴为氧化还原电位随Li+/Li的变化,右轴为各种锂化Cu-HATN结构的总能量和反应电位。b)锂化/锂化过程中的结构演化。

论文信息

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211950

通讯作者:南开大学李娜,卜显和


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