本文要点:
1)利用经典的二维MOFs材料(Cu-HHTP),通过简便的溶液相组装化学剥离的Cu-HHTP和优化的V2CTx MXene(MX)纳米片。不同于以前报道的结构,本文的Cu-HHTP/MX复合物是由堆叠的Cu-HHTP和MX纳米片组成的异质结构。
2)引入MX纳米片优势:不仅提升了电导率,在充放电过程中阻止了Cu-HHTP的团聚
3)Cu-HHTP层作为主要的Zn2+储存的活性层以及空间层来分开MX纳米片。
4)二维Cu-HHTP/MX异质结构的开放层状结构可以提供快速的Zn2+的插脱嵌,提升比容量和倍率性能。此外,Cu-HHTP/MX异质结构的可逆结构变化确保了长期循环寿命。
图1. a)二维Cu-HHTP/MX异质结构形成示意图;b)Zn作负极,Cu-HHTP/MX异质结构作正极的Zn/Cu-HHTP/MX电池机制
图2. a)PDDA-MX,Cu-HHTP和Cu-HHTP/MX的Zeta电位;b)Cu-HHTP,MX和Cu-HHTP/MX的XRD图;c,d)氮气吸脱附曲线和相应的孔径分布;e)EPR图;f)空气氛围下的TGA曲线;Cu-HHTP/MX的g)SEM,h)HRTEM图和SAED图。
图3. 充放电过程中Cu-HHTP/MX异质结构的Zn2+储存机制研究。a)100 mA/g电流密度下的充放电曲线,其中标记的状态是非原位测试情况下记录;b)非原位XRD图;c,d)非原位O 1s (c)和Cu 2p (d)的XPS图;e)在完全放电和充电状态下的HAADF-STEM和相应的元素分布图
图4. Cu-HHTP/MX的电化学性能。a)0.1 mV/s下的CV曲线;b)0.1 A/g下充放电曲线;c-e)循环性能(c),倍率(d)和平均容量
图5. Cu-HHTP/MX正极的DFT计算结果和电化学动力学。a,b)Cu-HHTP和Cu-HHTP/MX(Cu:蓝;V:红;C:棕;O:红;Zn:灰)的Zn2+吸附能,电荷密度差异和DOS;c)不同扫速下的CV曲线;d)根据CV曲线得到的log(i) vs. Log(ν)图;e)不同扫速下的容量贡献;f)GITT曲线和相应的Zn2+扩散系数;g)充电过程中GITT曲线所选步骤;h)Cu-HHTP和Cu-HHTP/MX的Nyquist图;i)阻抗实部与低频间的关系。
文献来源: Constructing 2D Sandwich-like MOF/MXene Heterostructures for Durable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries. DOI: 10.1002/anie.202218343.