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
在这项研究中,研究团队通过在基于Ni2+和2,3,6,7,10,11-六氨基三苯基六盐酸盐的MOF(NOF)的晶格中引入Cu2+、Co2+、Mn2+等金属离子,成功制备了具有熵增特性的NOF(IE-NOF)。这种IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)的电导率是原始NOF的30倍。通过密度泛函理论(DFT)计算表明,IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)能够将小极化子分解为高度离域的电子,降低了Na-N之间的相互作用,从而促进了Na+的扩散,与NOF相比具有更低的能量势垒(0.1 vs 0.5 eV)。作为负极材料,IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)展现了高比容量(100 mA g-1时为551 mAh g-1)和优异的倍率性能(5 A g-1时为303.1 mAh g-1)。这种基于熵增策略促进极化子崩溃以增强电荷转移的方法,为快速充电电池的发展提供了有益的启示。
本研究通过引入熵增策略,成功地在MOFs中实现了小极化子的崩溃,从而显著提高了材料的电导率和离子扩散速率。这种策略不仅增强了MOFs作为SIBs负极材料的性能,还为设计新型高倍率和高稳定性的能源存储材料提供了新的思路。研究团队通过实验和理论计算证明了IE-NOF-Mn/Co/Cu/Ni(1:1:1:1)具有优异的电化学性能,包括高比容量、良好的循环稳定性和出色的倍率性能。这些发现为MOFs在能源存储领域的应用开辟了新的可能性,并为未来开发高性能SIBs负极材料提供了重要的科学依据。研究团队期望通过进一步的研究,将这种熵增策略推广到其他MOFs中,以实现更广泛的应用。