Changchun Ai , Zhian Yang , Guoshuai Shi , Yongping Xue , Hongmei Dai , Qun Yi , Chun Fang, Jiantao Han
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157006
在這項研究中,研究團隊通過在基于Ni2+和2,3,6,7,10,11-六氨基三苯基六鹽酸鹽的MOF(NOF)的晶格中引入Cu2+、Co2+、Mn2+等金屬離子,成功制備了具有熵增特性的NOF(IE-NOF)。這種IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)的電導率是原始NOF的30倍。通過密度泛函理論(DFT)計算表明,IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)能夠将小極化子分解為高度離域的電子,降低了Na-N之間的相互作用,從而促進了Na+的擴散,與NOF相比具有更低的能量勢壘(0.1 vs 0.5 eV)。作為負極材料,IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)展現了高比容量(100 mA g-1時為551 mAh g-1)和優異的倍率性能(5 A g-1時為303.1 mAh g-1)。這種基于熵增策略促進極化子崩潰以增強電荷轉移的方法,為快速充電電池的發展提供了有益的啟示。
本研究通過引入熵增策略,成功地在MOFs中實現了小極化子的崩潰,從而顯著提高了材料的電導率和離子擴散速率。這種策略不僅增強了MOFs作為SIBs負極材料的性能,還為設計新型高倍率和高穩定性的能源存儲材料提供了新的思路。研究團隊通過實驗和理論計算證明了IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)具有優異的電化學性能,包括高比容量、良好的循環穩定性和出色的倍率性能。這些發現為MOFs在能源存儲領域的應用開辟了新的可能性,并為未來開發高性能SIBs負極材料提供了重要的科學依據。研究團隊期望通過進一步的研究,将這種熵增策略推廣到其他MOFs中,以實現更廣泛的應用。