陈军/牛志强AM：在双层水合钒酸盐中锚定极性有机分子促进水系锌离子存储

层状钒氧化物的电化学性能通常通过将客体物质引入其夹层来改善。需要在夹层中具有高稳定性且在充电/放电过程中与Zn²⁺相互作用较弱的客体物种来促进可逆的Zn²⁺转移。

南开大学陈军、牛志强等人开发了一种通用补偿策略，通过替换部分结晶水将各种极性有机分子引入到 Al_xV₂O₅·nH₂O (AlVO-H₂O)的夹层中。

有机分子中的高极性基团与预先嵌入的Al³⁺具有很强的静电吸引力，确保有机分子可以锚定在水合钒酸盐的夹层中。同时，低极性基团赋予有机分子在循环过程中与Zn²⁺的弱相互作用，从而实现可逆的Zn²⁺转移。

图1 材料制备及表征

因此，具有极性有机分子的Al_xV₂O₅显示出增强的电化学性能。此外，基于上述正极材料，通过进一步与无枝晶的N掺杂碳纳米纤维@Zn负极集成组装了软包电池，其能量密度为50 Wh kg^-1。

该工作为设计稳定的客体物种提供了一条途径，该客体物种与层状氧化钒中间层中的Zn²⁺相互作用较弱，可用于水系锌电池的高性能正极材料。

图2 电化学性能

A Universal Compensation Strategy to Anchor Polar Organic Molecules in Bilayered Hydrated Vanadates for Promoting Aqueous Zinc-Ion Storage. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102701

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陈军/牛志强AM：在双层水合钒酸盐中锚定极性有机分子促进水系锌离子存储

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