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科研进展

张乃庆教授团队Nano Energy：电化学原位重构Zn3V2O7(OH)2·2H2O打通快速离子传输通道实现快速的Zn2+存储

2023年03月17日 水资源国家重点实验室 浏览次数：671

　　近日，实验室张乃庆教授和赵光宇副教授课题组在在国际顶级期刊Nano Energy上发表了题为“Reconstructing fast ion transport channels of Zn3V2O7 (OH)2·2H2O to realize enhanced Zn2+ storage performance. Nano Energy”的论文。利用电化学原位转化重构的策略定向可控地调节Zn3V2O7 (OH)2·2H2O (ZVO)中V-O-V中的桥氧空位浓度，进而调节离子传输通道。通过理论计算发现，过多的桥氧空位会引发通道Z轴方向的收缩，阻碍Zn2+的传输。同时在8%的桥氧空位浓度下，Zn2+的扩散能垒最小（0.2 eV）。具有重构离子传输通道的ZVO表现出在超高的倍率性能（135 mAh g-1）和低温循环寿命（10000圈，-30℃）。


　　合理设计宿主材料的离子传输通道是实现优异电化学性能的关键。在本文章中，系统研究了V-O-V键中桥氧空位的产生和氧空位浓度对Zn2+扩散动力学的影响机制。FTIR、Raman和DFT计算表明，桥氧空位被引到Zn3V2O7 (OH)2·2H2O的隧道结构中可以调节Zn2+与V-O-V键中O之间的相互作用。理论计算表明，具有8%浓度桥氧空位的ZVO具有较低的扩散能垒（0.2 eV）和较窄的带隙（1.23 eV）.并表现出超高的倍率性能（135 mAh g-1）和低温性能（10000圈，-30℃）
　　张乃庆教授、赵光宇副教授为论文的通讯作者，王明博士为本文第一作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108336


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