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华南师范大学林晓明课题组报道了以双金属沸石-{attr}3186{/attr}骨架为前驱体和牺牲模板制备的表面分布超细纳米颗粒的ZnO/Co3ZnC/C (ZCC)空心十二面体复合材料,该材料在锂离子半电池测试中表现出优越的电化学性能。文章系统地研究了该材料的成分和独特结构对其储锂性能的影响。 过渡金属氧化物(TMOs)由于具有较高的理论容量、环境友好性、资源丰富等优点备受关注。其中ZnO的应用非常广泛,它与锂进行转化反应和合金反应时,能达到较高的比容量,具有成本低嵌锂活性强等优点。然而,由于氧化锌本身电导率低,在循环过程中体积膨胀,易团聚,导致其容量低,电化学稳定性较差。 为了解决上述问题,本研究以双金属沸石-咪唑骨架ZIF-67@ZIF-8 (Zn, Co)为前驱体和牺牲模板,成功制备了表面分布超细纳米颗粒的ZnO/Co3ZnC/C (ZCC)空心十二面体复合材料。一方面,十二面体表面大量的超细小颗粒以及氧空位的存在可以加强电子导电性以及提供额外的活性位点,从而有助于改善电池的倍率性能。另一方面,N掺杂的空心碳壳提供的充足空间有助于减缓体积膨胀,高比表面积和高孔隙率有利于离子扩散,使其具有更优越的循环稳定性和扩散动力学。在电化学测试中,ZCC电极在0.2 A g-1的电流密度下首圈放电容量达到950 mAh g-1,300个循环后仍保持942 mAh g-1的比容量;在1.0 A g-1的电流密度下放电容量保持在549 mAh g-1,明显优于ZnO电极。CV测试和TEM测试证明ZCC电极的电化学反应原理。通过测量极片循环前后厚度计算膨胀率,探究循环后形貌完整度可进一步证实、材料的结构稳定性。以上用双金属有机框架为牺牲模板制备具有空心结构的复合物的方法为其他过渡金属氧化物提高电化学稳定性提供了一种参考。
图一. ZnO/Co3ZnC/C (ZCC)复合材料的制备流程图 图二. (a)ZCC电极的循环伏安法;(b)ZCC电极在恒电流下的充放电曲线;(c)ZCC和ZnO电极的倍率性能;(d)ZCC和ZnO电极的长循环测试。 论文信息 Metal Organic Framework-Derived Ultrafine ZnO/Co3ZnC Particles Embedded in N-Doped Carbon Concave-Dodecahedron Towards Enhanced Lithium Storage Yilin Li, Jiahao Chen, Man Lu, Yanhua Peng, Yuzhen Tan, Xiaoke Zhang, Prof. Xiaoming Lin, Prof. Guozheng Ma, Dr. R. Chenna Krishna Reddy, Prof. Zhiguang Xu, Dr. Yongbo Wu 文章第一作者为黎艺琳 ChemElectroChem

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