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                山大吳昊教授AEnM:Mxene衍生電極材料用作鉀離子全電池

                發布日期:2022-05-18

                核心提示:由于鉀元素儲量豐富(約為鋰的850倍)且氧化還原電位較低(與鋰接近),因此鉀離子電池被視為下一代儲能系統的重要組成之一,其
                 由于鉀元素儲量豐富(約為鋰的850倍)且氧化還原電位較低(與鋰接近),因此鉀離子電池被視為下一代儲能系統的重要組成之一,其電極材料的研發也備受關注。研究表明,由金屬離子/團簇與有機配體通過共價鍵連接組成的金屬有機骨架(MOF)是一類極具潛力的電極材料。但MOF節點處的原子通常為飽和配位,導致了較低的鉀離子吸附能,從而極大地限制了其應用。
                 
                近日,山東大學吳昊教授課題組等人提出了一種解鎖部分MOF節點的策略,用于提高鉀離子吸附能,從而實現鉀離子存儲容量的大幅提升。采用同源的MXene制備了高性能鉀離子電池正極和負極材料,并組裝鉀離子全電池,展現出高能量密度和功率密度,推進了新儲能系統的發展。該成果以“Homologous MXene-Derived Electrodes for Potassium-Ion Full Batteries”為題發表在國際著名期刊Advanced Energy Materials上,并被選為封底。
                 
                 
                【本文要點】
                 
                1. 采用二維金屬碳化釩MXene作為前驅體制備了MOF納米片,并在熱重-質譜聯儀指導下通過簡便熱處理解鎖了MOF的部分節點(NMD-MOF),將其作為鉀離子電池負極時,比容量得到顯著提高。密度泛函理論計算表明,解鎖后的節點處鉀離子吸附能明顯增大,解釋了容量提升的根本原因。
                 
                 
                2. 同種MXene通過簡單的水熱處理制備了鉀離子插層的氧化釩納米帶(MD-KVO),將其作為鉀離子電池正極材料,展現出較好的鉀離子儲存能力。
                 
                 
                3.同源MXene衍生的負極(NMD-MOF)和正極材料(NMD-MOF)組裝成鉀離子全電池,二者表現出較好的兼容性,也展現出較高的能量密度(143 Wh Kg-1)和功率密度(440 W Kg-1)。
                 
                 
                本研究為高性能鉀離子電極材料的開發提供了重要參考價值,同時拓展了MXene材料的應用。
                 
                 
                Lanju Sun, Jikai Sun, Shengliang Zhai, Tiantian Dong, Hongyan Yang, Yi Tan, Xu Fang, Chengcheng Liu, Wei-Qiao Deng, Hao Wu*, Homologous MXene-Derived Electrodes for Potassium-Ion Full Batteries, Adv. Energy Mater., 2022.
                 
                DOI:10.1002/aenm.202200113.
                 
                 
                作者介紹
                 
                吳昊,前沿交叉科學青島研究院教授,博士生導師,山東省高層次人才,入選山東大學“齊魯青年學者”第一層次。2016年于復旦大學獲博士學位,并榮獲復旦大學“優秀畢業生”,導師為鄭耿鋒教授。2016.11-2020.09曾先后在新加坡國立大學(合作導師:Ghim Wei Ho教授)和阿卜杜拉國王科技大學(合作導師:Husam N. Alshareef教授)從事博士后研究員工作。目前主要從事功能納米材料的設計及其電化學催化和能量轉化研究工作,致力于在原子和分子尺度對功能材料的結構、界面以及電子結構進行調控,探索制備新策略,以及MXene基復合材料以及雜化材料體系的相關研究。以第一/通訊作者在J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.(5篇)以及InfoMat等權威期刊上發表系列文章,獲評Nano Research“年度Top Paper” 論文1篇。曾擔任國際期刊"Research and Application of Materials Science"編委。

                 
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