δ-MnO
2由于其層狀結構的特點，引起了作為水性鋅離子電池(AZIBs)陰極應用的大量科學研究。然而，由于δ-MnO
2陰極本身的導電性能差和充放電過程中的結構不穩定，導致其較低的速率性能和較差的循環穩定性，阻礙了其進一步的開發和商業應用。在這里，我們報告了通過單層MnO
2和Ti
3C
2T
x MXene納米片的溶液相組裝來制備二維MnO
2/MXene超晶格，其中單層MnO
2納米片在單層MXene納米片之間被分離和穩定。MXene納米片不僅可以作為結構穩定劑來隔離MnO
2納米片并防止其聚集，還可以作為導電促進劑來加強電導率，從而保持整體結構的穩定，實現電子的快速傳遞。此外，二維MnO
2/MXene的規律性疊加具有重復的周期性，可導致活性位點高度暴露，促進離子擴散。因此，MnO
2/MXene陰極在AZIBs中獲得了0.2 A g
−1時315.1 mAh g
−1的大容量，5 A g
−1時149.8 mAh g
−1的突出速率性能，5000次循環后88.1%的容量保留，以及優異的長期循環穩定性。同時，通過電化學測量和密度泛函理論計算，闡明了優越的H+/Zn
2+擴散動力學和理想的贗電容行為。本研究為AZIBs中錳氧化物基正極材料的創新提供了先進的前景。
圖1. (a) MnO
2/MXene超晶格合成示意圖。(b, c) MnO
2納米片(b)和PDDA-MXene納米片(c)的AFM圖像和高度圖。(d) SEM， (e) TEM， (f) SAED模式，和(g) MnO
2/MXene的HRTEM圖像。
圖2. 二維MnO
2/MXene超晶格的結構表征。
圖3. 二維MnO
2/MXene超晶格充放電過程中H
+和Zn
2+的儲存機理研究。
圖4. MnO
2/MXene陰極的電化學性能。
圖5。MnO
2/MXene陰極的電化學動力學和DFT計算結果。
相關科研成果由深圳大學物理與光電工程學院Yu Chen和Jun Song等人于2023年發表在ACS Nano（https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07627）上。原文：Atomically Coupled 2D MnO
2/MXene Superlattices for Ultrastable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c07627
轉自《石墨烯研究》公眾號
