水基锌离子电池(AZIBs)的实际应用受到枝晶生长和副反应的阻碍。本文设计了一种界面梯度异质结构保护层(MXene/ZnSe) ，包括导电 MXene 纳米片和半导体 ZnSe 纳米颗粒，用于重构锌阳极表面。理论计算和实验表明，界面梯度可以重新排列能带，促进电子/离子转移。该保护层不仅缓解了锌阳极的腐蚀，而且诱导了均匀的锌沉积。因此，精细的梯度异质结构使得 MXene/ZnSe@Zn 对称细胞在20mA cm-2下具有超过7700个循环的优异长寿命，超过了文献中报道的大多数基于 MXene 的相关材料。当与商用 V2O5配对时，MXene/ZnSe@Zn//V2O5电池在5A/g 时达到230mAh/g 的特殊容量。这项工作为设计具有强界面效应的多功能梯度异质结构提供了一种新的有力的策略。
 
图1. A) SEM、b) TEM、c) HRTEM、d) SAED和 e) MXene/ZnSe 的元素图。f)样品的XRD 图谱。g) Ti 2p、h) Zn 2p 和 i) O 1 s 的高分辨率 XPS 光谱。
 
图2. a) ZnSe 和 b) MXene/ZnSe 的 DOS。c) MXene/ZnSe 的不同电荷密度的侧视图。d）金属MXene和半导体ZnSe接触前后的能带图，其中E vac、E F、E c、E v和Φ分别代表真空能、费米能级、导带、价带和功函数。e）电解质与不同阳极之间的接触角图像。f) SEM 和 g) MXene/ZnSe@Zn 的元素分布图。h)不同阳极的Zn 2+迁移数。
 
图3. a）不同对称电池的循环性能。b) 放大图显示了详细的电压曲线。c) 额定性能和 d) 不同电流密度下相应的电压迟滞。e) MXene/ZnSe@Zn对称电池在20 mA cm -2下的循环性能。f) 与之前报道的基于 MXene 的对称电池的循环寿命比较。gh) 具有85%高 DOD Zn的不同对称电池的电镀/剥离曲线。
 
图4. A) Zn 沉积过程的 ce。b) MXene@ZnSe@Cu 的电压曲线。c）循环后各种电极的XRD图谱。d) 计算出的 Zn 原子在裸 Zn (0  0  2)、ZnSe (1  1  1) 和 MXene (0  0  2) 基板上的结合能的总结。e)纯锌和 MXene/ZnSe@Zn 电极上镀锌的原位光学显微镜可视化。f) 纯 Zn 和 g) MXene/ZnSe@Zn 电极经过 50 次循环后的俯视 SEM 图像。h) 纯 Zn 和 i) MXene/ZnSe@Zn 的电场分布模型。
  图5. a) Zn 和 b, c) MXene/ZnSe@Zn 上的镀锌行为示意图。
 
图6. a) 0.1 mV s -1下的 cv 曲线和 b) 全电池的倍率性能。c) MXene/ZnSe@Zn||V 2 O 5电池的GCD曲线​​。d) 长期循环性能和 e) 5 A/g 下的 GCD 曲线。f) AZIBs软包电池的配置示意图。g) MXene/ZnSe@Zn||V 2 O 5软包电池的循环性能。插图显示了由我们的 AZIB 软包电池供电的 LED。
 
      相关科研成果由南京大学Xiangkang Meng等人于2024年发表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148917）上。原文：Achieving high-rate and long-life Zn metal anodes via constructing interfacial gradient heterostructure
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148917

转自《石墨烯研究》公众号