再出发!他,楼雄文发表第80篇Angew!
发布网友
发布时间：2024-10-08 15:35
共1个回答
热心网友
时间：2024-11-17 04:30
普鲁士蓝类似物(PBAs)在水系锌离子电池的正极材料领域展现出独特潜力，但因其氧化还原位点不足和结构稳定性问题，性能受限。楼雄文教授团队采用单宁酸蚀刻和阳离子交换法，成功制备了Cu取代的Mn-PBA双壳纳米盒(DSNBs)，显著提高了水系锌离子电池的性能。
研究发现，DSNBs的空心结构大幅增加了活性位点的暴露，有效缓解了循环过程中的体积变化。部分Cu取代与诱导的Mn空位，可能抑制了Mn-N6八面体的Jahn-Teller畸变，延长了电池的循环寿命。电化学测试显示，CuMn-PBA DSNBs展现出卓越的可逆容量、倍率性能以及超过2000圈的循环稳定性。
电荷存储机制主要涉及过渡金属的可逆氧化还原反应和Zn2+离子的嵌入/脱嵌过程。非原位表征证实了这一机制的有效性。
相关研究成果以“Formation of CuMn Prussian Blue Analog Double-shelled Nanoboxes Toward Long-life Zn-ion Batteries”为题，在《Angewandte Chemie International Edition》上发表。
前期工作可见：超燃！他，刚刚发表第79篇Angew！
图文介绍
图1 电镜表征
在室温下，通过共沉淀法合成Mn-PBA纳米立方(NCs)。FESEM和TEM揭示了Mn-PBA NCs均匀、表面粗糙的特性。使用单宁酸(TA)蚀刻后，Mn-PBA NCs转变为Mn-PBA-TA DSNBs，保留立方体构型，同时具有空心多孔结构和内外壳间隙。
在Mn-PBA-TA DSNBs中引入Cu2+，通过离子交换生成CuMn-PBA DSNBs，保留空心纳米盒结构。ICP-AES分析表明K:Cu:Mn:Fe比为1.31:0.36:0.52:1。HAADF-STEM和元素映射图像显示元素分布均匀。
图2 结构表征
XRD谱图显示CuMn-PBA DSNBs与立方KxMnFe(CN)6·yH2O特征峰一致，无杂质。XPS谱图出现Cu信号，而Mn-PBA DSNBs和Mn-PBA NCs则无Cu信号。CuMn-PBA DSNBs的XPS谱图显示Cu+和Cu2+的峰对，以及Fe2+、Fe3+、Mn2+和Mn3+的共存。
CuMn-PBA DSNBs具有典型的IV型N2吸脱附等温线，比表面积高达227.6 m2 g-1，具有丰富的介孔结构。相比之下，Mn-PBA NCs的比表面积仅为7.7 m2 g-1，孔容较少。
图3 电化学储锌性能
比较Mn-PBA NCs、Mn-PBA DSNBs和CuMn-PBA DSNBs电极的CV曲线。CuMn-PBA DSNBs电极表现出更高的峰值电流密度和更低的电位极化，显示出更高的反应活性和更快的反应动力学。在0.5 A g-1下，CuMn-PBA DSNBs电极具有更高的放电容量，并保持良好循环稳定性。
图4 充放电前后电极的XPS分析
非原位XPS表征揭示了Fe3+含量在充电过程中的增加以及放电时的恢复。Mn2p3/2光谱显示充电至1.8 V时Mn2+被部分氧化为Mn3+，随后放电过程使Mn价态降低。Cu和Zn2p的XPS谱图表明Cu和Zn2+离子在充放电过程中的可逆反应。
文献信息
Formation of CuMn Prussian Blue Analog Double-shelled Nanoboxes Toward Long-life Zn-ion Batteries，Angewandte Chemie International Edition，2022.
