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趙東元院士團隊JACS：這個Janus介孔加速器很高效！

來源：時間：2024-03-04 11:28:28 瀏覽：2365次

第一作者：Lipeng Wang、Bao Zhang

通訊作者：趙東元院士、晁棟梁教授

通訊單位：復旦大學

DOI: 10.1021/jacs.3c14019.

研究背景

水系鋅基電池（ZABs）作為“超越鋰離子”的儲能技術(shù)之一，因其安全性、低成本和生態(tài)友好性而備受關(guān)注。金屬Zn負極上可靠的固體電解質(zhì)界面（SEI）是穩(wěn)定ZABs的必要條件，但不相容的Zn離子還原過程，即同時吸附（捕獲）和脫溶（排斥）Zn²⁺(H₂O)₆，給SEI的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。基于此，復旦大學趙東元院士/晁棟梁教授儲能團隊提出了一種串聯(lián)化學策略，通過電化學組裝的具有親水性-OH和疏水-F基團的多孔SiO₂介孔可作為Janus介孔加速器，從而促進Zn²⁺還原反應。這種串聯(lián)化學策略可為各種金屬陽極的界面設(shè)計提供新的思路，并為下一代高安全性和高可靠性的電池技術(shù)鋪墊道路。

文章要點

1、結(jié)合原位電化學數(shù)字全息、分子動力學模擬和光譜表征，團隊發(fā)現(xiàn)-OH基團從本體電解質(zhì)中捕獲Zn²⁺簇，接著-F基團在殼層中排斥配位的水分子，從而實現(xiàn)串聯(lián)離子還原過程。

2、所得到的對稱電池在4 mA cm^-2和10 mA cm^-2的高電流密度下分別表現(xiàn)出超過8000 h和2000 h的可逆循環(huán)。此外，Zn//VO₂和Zn//I₂電池性能進一步證明了串聯(lián)化學策略的可行性。

圖文展示

圖1.Janus介孔加速器串聯(lián)化學原理圖

圖2.Janus OH-F-mSiO₂界面相的合成與結(jié)構(gòu)表征

圖3.具有Janus介孔的金屬Zn負極的動力學和熱穩(wěn)定性

圖4.具有Janus介孔的金屬Zn負極的電化學性能

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