本报讯 在作为电池阴极材料的研究中，MXene通常作为导电材料引入阴极材料中。然而，大量MXene材料作为导电基底或者框架的引入，通常无法避免地将导致电极整体比容量的下降，需要提出一种新的策略与概念，打破将MXene材料视为导电材料的思维范式。鉴于此，兰州大学材料与能源学院彭尚龙教授团队提出了一种基于MXene材料的原位诱导生长策略。该策略通过在电极材料的成核和生长过程中引入少量的MXene，作为异质成核点和引发剂，调控阴极材料的晶体生长模式，实现了电化学性能的提升。而且，此方法具有一定的普遍意义，可推广到其它材料体系中。作为概念化的验证，以钒氧化物阴极为例，成功地调控了钒氧化物的形貌，并引入了缺陷。研究结果显示不仅在合成阶段直接引入了氧缺陷，而且避免了特定反应环境或容器的需求，实现了高安全性和高产量。通过这种方法得到的诱导钒氧化物表现出高的比容量和良好的倍率性能。此外，这项工作通过对Ti3C2MXene调控钒氧化物晶体生长模式相关机理的讨论，还揭示了MXene在晶体生长过程中的化学诱导机制与策略可行性，这将有助于深入理解、开发和推广MXene材料的原位诱导生长方法在二次电池领域的应用。
相关研究成果以“Using MXene as a Chemically Induced Initiator to Construct High-Performance Cathodes for Aqueous Zinc-Ion Batteries”为题于2024年6月11日发表在《德国应用化学》[Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202408667]。这一工作也是该课题组在MXene材料制备及其应用于水系锌离子电池 [Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2211679]和锂硫电池 [Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2309437]后取得的又一个重要研究成果。
兰州大学材料与能源学院硕士生陈杰和博士生刘彦鹏为论文第一作者，彭尚龙教授为通讯作者。论文合作者包括英国伦敦大学学院何冠杰副教授以及南京大学马晶教授，这一工作同时得到了团队黄娟娟副教授支持。该项研究工作得到了国家自然科学基金的资助。 （材料与能源学院）