严重的聚集和反应动力学缓慢是影响水性锌离子电池正极材料存储性能的主要研究挑战。在这项工作中，我们报告了三明治状Ti₃C₂T_x MXene桥接VO₂异质结构(VO₂/Ti₃C₂T_x)的设计概念，以同时缓解自聚集和提高界面存储动力学。当VO₂/Ti₃C₂T_x电极作为阴极材料时，经过110次循环后，在0.1 A g^-1的比容量为415 mAh g^-1，经过300次循环后，在1 A g^-1的比容量为338 mAh g^-1，远高于纯VO₂的比容量。此外，该电极还表现出显著的速率性能和循环稳定性，在5 A g^-1的高电流密度下，1500次循环后仍能保持170 mAh g^-1的比容量。其优越的存储性能主要得益于混合维度的异构工程。此外，还研究了电极在循环过程中晶体结构和价态的演变，从而揭示了一种存储机制。即单一的VO₂相转变为VO₂和Zn_xV₂O₅·nH₂O的混合相，具有高度可逆的H⁺/Zn²⁺插入/萃取行为。本研究提出的策略也可应用于其他类型的正极材料，并促进水性锌离子电池的发展。
 
图1. 夹心式MXene桥接异质结构概念的示意图。
 
图2. 形态和结构特征。
 
图3. VO₂、Ti₃C₂T_x和VO₂/Ti₃C₂T_x电极的电化学性能测试。
 
图4. VO₂和VO₂/Ti₃C₂T_x电极的反应动力学研究。
 
图5. VO₂/Ti₃C₂T_x电极循环后结构演变研究。
 
图6(a) V 2p和(b) Zn 2p在初始循环中的外原位XPS光谱。VO₂/Ti₃C₂T_x电极在(c)放电至0.2 V和(d)充电至1.7 V第10个循环后的HRTEM图像。(e)在50次和100次循环后VO₂/Ti₃C₂T_x电极的非原位XRD图案。VO₂/Ti₃C₂T_x电极在(f)第50次充电至1.7 V、(g)第100次充电至1.7 V后的V 2p XPS谱。(h)循环时VO₂/Ti₃C₂T_x电极的相演化示意图。
 
      相关科研成果由深圳大学化学与环境工程学院Peixin Zhang等人于2023年发表在Applied Surface Science（https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157727）上。原文：Sandwich-like MXene bridged heterostructure electrode enables anti-aggregation and superior storage for aqueous zinc-ion batteries。

转自《石墨烯研究》公众号