物理化学学报 >> 2023, Vol. 39 >> Issue (3): 2210014.doi: 10.3866/PKU.WHXB202210014
吕浩亮1, 王雪杰2, 杨宇1, 刘涛2,*(), 张留洋2,*(
)
收稿日期:
2022-09-06
录用日期:
2022-10-20
发布日期:
2022-10-25
通讯作者:
刘涛,张留洋
E-mail:liutao54@cug.edu.cn;zhangliuyang@cug.edu.cn
基金资助:
Haoliang Lv1, Xuejie Wang2, Yu Yang1, Tao Liu2,*(), Liuyang Zhang2,*(
)
Received:
2022-09-06
Accepted:
2022-10-20
Published:
2022-10-25
Contact:
Tao Liu,Liuyang Zhang
E-mail:liutao54@cug.edu.cn;zhangliuyang@cug.edu.cn
About author:
Email: zhangliuyang@cug.edu.cn (L.Z.)Supported by:
摘要:
MOF衍生金属硒化物由于其有序的碳骨架结构和高导电性,被认为是钠离子电池极具前景的负极材料。它们具有快速的电子/离子输运通道,有利于钠离子的嵌入和脱出。然而,循环过程中的大量体积膨胀会导致结构坍塌。为了解决这个问题,通过表面改性在MOF衍生金属硒化物表面引入了一个二维的还原氧化石墨烯网络,既可以缓解体积变化,又能加速电子转移。实验证实这种策略是有效的,在1 A·g?1下500次循环后,包覆了还原氧化石墨烯的复合材料电极容量保持率提高到了95.2%。相比之下,不含还原氧化石墨烯的容量保留率仅为74.2%。此外,由于还原氧化石墨烯网络和MOF衍生In2Se3协同作用,在0.1 A·g?1下显示出了468 mAh·g?1的优越容量。而在相同的电流密度下,未包覆还原氧化石墨烯的只产生393 mAh·g?1的比容量。采用循环伏安法(CV)研究了In2Se3@C/rGO电极的电化学过程,结果表明其具有良好的电化学反应活性。此外,还通过原位X射线衍射探索了In2Se3的转换-合金化双重储钠机制,揭示了其高比容量产生的来源。本研究有望为还原氧化石墨烯优化MOF衍生物作为钠离子电池负极材料提供参考。
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吕浩亮, 王雪杰, 杨宇, 刘涛, 张留洋. 还原氧化石墨烯包覆MOF衍生In2Se3用于钠离子电池负极[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2210014.
Haoliang Lv, Xuejie Wang, Yu Yang, Tao Liu, Liuyang Zhang. RGO-Coated MOF-Derived In2Se3 as a High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2023, 39(3): 2210014.
Fig 3
(a) The initial 4 CV cycles. (b) CV curves at various scan rates. (c) The relationship between log (scan rate, mV·s?1) and log (peak current, mA). (d) Capacitive contributions to total capacity at 0.5 mV·s?1. (e) Capacitive contributions to total capacity at various scan rates. (f) GCD curves of the initial 4 cycles."
Fig 5
Electrochemical properties of a half-cell. (a) Cyclic performance at 0.2 A·g?1, (b) rate capability at diverse current density, and (c) cycling performance of In2Se3@C/rGO and In2Se3@C electrode at 1 A·g?1. (d) Comparison of rate performance with other reported metal selenides. (e) Nyquist plots at various cycles of In2Se3@C/rGO."
1 |
Liu, T.; Zhang, L.; Cheng, B.; Hu, X.; Yu, J. Cell Rep. Phys. Sci. 2020, 1, 100215.
doi: 10.1016/j.xcrp.2020.100215 |
2 |
Xie, J.; Lu, Y. Nat. Commun. 2020, 11, 2499.
doi: 10.1038/s41467-020-16259-9 |
3 |
Liu, T.; Qu, Y.; Liu, J.; Zhang, L.; Cheng, B.; Yu, J. Small 2021, 17, 2103673.
doi: 10.1002/smll.202103673 |
4 |
Deng, J.; Luo, W.; Chou, S.; Liu, H.; Dou, S. Adv. Energy Mater. 2017, 8, 1701428.
doi: 10.1002/aenm.201701428 |
5 | Chen, Y.; Dong, H.; Li, Y.; Liu, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2007075. |
陈瑶, 董浩洋, 李园园, 刘金平 物理化学学报, 2021, 37, 2007075.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202007075 |
|
6 |
Zhu, L.; Yang, X.; Xiang, Y.; Kong, P.; Wu, X. Rare Met. 2021, 40, 1383.
doi: 10.1007/s12598-020-01555-6 |
7 | Xu, G.; Wang, Q.; Su, Y.; Liu, M.; Li, Q.; Zhang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2009073. |
许国光, 王琪, 苏毅, 刘美男, 李清文, 张跃钢 物理化学学报, 2022, 38, 2009073.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202009073 |
|
8 | Wang, S.; Yang, G.; Nasir, M. S.; Wang, X.; Wang, J.; Yan, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2001003. |
王思岚, 杨国锐, Nasir, M. S.,王筱珺, 王嘉楠, 延卫 物理化学学报, 2021, 37, 2001003.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202001003 |
|
9 |
Cao, X.; Sun, Y.; Sun, Y.; Xie, D.; Li, H.; Liu, M. Appl. Clay Sci. 2021, 213, 106265.
doi: 10.1016/j.clay.2021.106265 |
10 |
Li, X.; Qi, S.; Zhang, W.; Feng, Y.; Ma, J. Rare Met. 2020, 39, 1239.
doi: 10.1007/s12598-020-01492-4 |
11 |
Zou, G.; Hou, H.; Ge, P.; Huang, Z.; Zhao, G.; Yin, D.; Ji, X. Small 2018, 14, 1702648.
doi: 10.1002/smll.201702648 |
12 |
Ge, P.; Hou, H.; Li, S.; Huang, L.; Ji, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 14716.
doi: 10.1021/acsami.8b01888 |
13 |
Wang, L.; Lin, C.; Liang, T.; Wang, N.; Feng, J.; Yan, W. Mater. Today Chem. 2022, 24, 100894.
doi: 10.1016/j.mtchem.2022.100849 |
14 |
Xiao, B.; Rojo, T.; Li, X. ChemSusChem 2019, 12, 133.
doi: 10.1002/cssc.201801879 |
15 |
Xu, M.; Xia, Q.; Yue, J.; Zhu, X.; Guo, Q.; Zhu, J.; Xia, H. Adv. Funct. Mater. 2018, 296, 1807377.
doi: 10.1002/adfm.201807377 |
16 | Wang, J.; Wu, N.; Liu, T.; Cao, S.; Yu, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1907072. |
王玖, 吴南石, 刘涛, 曹少文, 余家国 物理化学学报, 2020, 36, 1907072.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201907072 |
|
17 |
Liu, Y.; Yang, C.; Zhang, Q.; Liu, M. Energy Storage Mater. 2019, 22, 66.
doi: 10.1016/j.ensm.2019.01.001 |
18 |
Liu, T.; Liu, J.; Zhang, L.; Cheng, B.; Yu, J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 47, 113.
doi: 10.1016/j.jmst.2019.12.027 |
19 |
Yu, L.; Shao, L.; Wang, S.; Guan, J.; Shi, X.; Tarasenko, N.; Sun, Z. Mater. Today Phys. 2022, 22, 100593.
doi: 10.1016/j.mtphys.2021.100593 |
20 |
Zhang, L.; Shi, D.; Liu, T.; Jaroniec, M.; Yu, J. Mater. Today 2019, 25, 35.
doi: 10.1016/j.mattod.2018.11.002 |
21 |
Xie, X.; Ma, X.; Yin, Z.; Tong, H.; Jiang, H.; Ding, Z.; Zhou, L. Chem. Eng. J. 2022, 446, 137366.
doi: 10.1016/j.cej.2022.137366 |
22 |
Sun, Z.; Gu, Z.; Shi, W.; Sun, Z.; Gan, S.; Xu, L.; Liang, H.; Ma, Y.; Qu, D.; Zhong, L.; et al J. Mater. Chem. A 2022, 10, 2113.
doi: 10.1039/d1ta10439j |
23 |
Huang, F.; Wang, L.; Qin, D.; Xu, Z.; Jin, M.; Chen, Y.; Zeng, X.; Dai, Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 1222.
doi: 10.1021/acsami.1c21934 |
24 |
Zhong, W.; Ma, Q.; Tang, W.; Wu, Y.; Gao, W.; Yang, Q.; Yang, J.; Xu, M. Inorg. Chem. Front. 2020, 7, 1003.
doi: 10.1039/c9qi01435g |
25 |
Xue, Y.; Guo, X.; Wu, M.; Chen, J.; Duan, M.; Shi, J.; Zhang, J.; Cao, F.; Liu, Y.; Kong, Q. Nano Res. 2021, 14, 3598.
doi: 10.1007/s12274-021-3640-4 |
26 |
Zhang, S.; Wang, Z.; Hu, X.; Zhu, R.; Liu, X.; Wang, H. J. Alloys Compd. 2021, 863, 158329.
doi: 10.1016/j.jallcom.2020.158329 |
27 |
Ye, B.; Cao, X.; Zhao, Q.; Wang, J. J. Phys. Chem. C 2020, 124, 21242.
doi: 10.1021/acs.jpcc.0c05125 |
28 |
Lu, Z.; Dang, Y.; Dai, C.; Zhang, Y.; Zou, P.; Du, H.; Zhang, Y.; Sun, M.; Rao, H.; Wang, Y. J. Hazard. Mater. 2021, 403, 123979.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123979 |
29 |
Yang, X.; Wang, S.; Yu, D. Y. W.; Rogach, A. L. Nano Energy 2019, 58, 392.
doi: 10.1016/j.nanoen.2019.01.064 |
30 |
Xiao, S.; Li, X.; Zhang, W.; Xiang, Y.; Li, T.; Niu, X.; Chen, J.; Yan, Q. ACS Nano 2021, 15, 13307.
doi: 10.1021/acsnano.1c03056 |
31 | Liu, H.; Zhou, F.; Shi, X.; Shi, Q.; Wu, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2204017. |
刘汉卿, 周锋, 师晓宇, 史全, 吴忠帅 物理化学学报, 2022, 38, 2204017.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202204017 |
|
32 | Zhang, M.; Chen, B.; Wu, M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2101001. |
张梦迪, 陈蓓, 吴明铂 物理化学学报, 2022, 38, 2101001.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202101001 |
|
33 |
Zhang, L.; Cai, P.; Wei, Z.; Liu, T.; Yu, J.; Al-Ghamdi, A. A.; Wageh, S. J. Colloid Interface Sci. 2021, 588, 637.
doi: 10.1016/j.jcis.2020.11.056 |
34 |
Men, S.; Zheng, H.; Ma, D.; Huang, X.; Kang, X. J. Energy Chem. 2021, 54, 124.
doi: 10.1016/j.jechem.2020.05.046 |
35 |
Wan, Y.; Song, K.; Chen, W.; Qin, C.; Zhang, X.; Zhang, J.; Dai, H.; Hu, Z.; Yan, P.; Liu, C.; et al Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 11481.
doi: 10.1002/anie.202102368 |
36 |
Zhang, J.; Wang, D.-W.; Lv, W.; Zhang, S.; Liang, Q.; Zheng, D.; Kang, F.; Yang, Q.-H. Energy Environ. Sci. 2017, 101, 370.
doi: 10.1039/c6ee03367a |
37 |
Ramakrishnan, K.; Nithya, C.; Kundoly Purushothaman, B.; Kumar, N.; Gopukumar, S. ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 5090.
doi: 10.1021/acssuschemeng.7b00469 |
38 |
Wang, L.; Zhu, B.; Cheng, B.; Zhang, J.; Zhang, L.; Yu, J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 1648.
doi: 10.1016/s1872-2067(21)63805-6 |
39 |
Hu, L.; Yang, H.; Wang, S.; Gao, J.; Hou, H.; Yang, W. J. Mater. Chem. C 2021, 9, 5343.
doi: 10.1039/d1tc00973g |
40 |
Qian, Z.; Wang, X.; Liu, T.; Zhang, L.; Yu, J. J. Energy Storage 2022, 51, 104522.
doi: 10.1016/j.est.2022.104522 |
41 |
Yu, H.; Wang, C.; Meng, F.; Xiao, J.; Liang, J.; Kim, H.; Bae, S.; Zou, D.; Kim, E.; Kim, N.; et al Carbon 2021, 183, 578.
doi: 10.1016/j.carbon.2021.07.031 |
42 |
Tang, S.; Xia, Y.; Fan, J.; Cheng, B.; Yu, J.; Ho, W. Chin. J. Catal. 2021, 42, 743.
doi: 10.1016/s1872-2067(20)63695-6 |
43 |
Wang, Y.; Wang, Y.; Wang, Y.; Feng, X.; Chen, W.; Qian, J.; Ai, X.; Yang, H.; Cao, Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 19218.
doi: 10.1021/acsami.9b05134 |
44 |
Wang, X.; Zhu, B.; Liu, T.; Zhang, L.; Yu, J. Small Methods 2021, 6, 2101269.
doi: 10.1002/smtd.202101269 |
45 |
Kim, N.; Shim, J.; Jae, W.; Song, J.; Kim, J. J. Alloys Compd. 2019, 786, 346.
doi: 10.1016/j.jallcom.2019.01.370 |
46 |
Yuan, Y.; Wang, Y.; Zhuang, G.; Li, Q.; Yang, F.; Wang, X.; Han, X. J. Mater. Chem. A 2021, 9, 24909.
doi: 10.1039/d1ta08075j |
47 |
Ma, Y.; Zhang, L.; Yan, Z.; Cheng, B.; Yu, J.; Liu, T. Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2103820.
doi: 10.1002/aenm.202103820 |
48 |
Peng, Q.; Hu, X.; Zeng, T.; Shang, B.; Mao, M.; Jiao, X.; Xi, G. Chem. Eng. J. 2020, 385, 123857.
doi: 10.1016/j.cej.2019.123857 |
49 |
Fu, L.; Kang, C.; Xiong, W.; Tian, P.; Cao, S.; Wan, S.; Chen, H.; Zhou, C.; Liu, Q. J. Colloid Interface Sci. 2021, 595, 59.
doi: 10.1016/j.jcis.2021.03.127 |
50 |
Zhang, Y.; Wu, Y.; Zhong, W.; Xiao, F.; Kashif Aslam, M.; Zhang, X.; Xu, M. ChemSusChem 2021, 14, 1336.
doi: 10.1002/cssc.202002552 |
51 |
Kandula, S.; Bae, J.; Cho, J.; Son, J. G. Compos. Pt. B-Eng. 2021, 220, 108995.
doi: 10.1016/j.compositesb.2021.108995 |
52 |
Xu, Q.; Xue, H.; Guo, S. Electrochim. Acta 2018, 292, 1.
doi: 10.1016/j.electacta.2018.09.135 |
53 |
Jin, R.; Li, X. F.; Sun, Y.; Shan, H.; Fan, L.; Li, D.; Sun, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 14641.
doi: 10.1021/acsami.8b00444 |
54 |
Zhang, G.; Liu, K.; Liu, S.; Song, H.; Zhou, J. J. Alloys Compd. 2018, 731, 714.
doi: 10.1016/j.jallcom.2017.10.094 |
55 |
Yang, S.; Park, S.; Park, G.; Kim, J.; Kang, Y. Chem. Eng. J. 2021, 417, 127963.
doi: 10.1016/j.cej.2020.127963 |
56 |
Kong, H.; Lv, C.; Wu, Y.; Yan, C.; Chen, G. J. Energy Chem. 2021, 55, 169.
doi: 10.1016/j.jechem.2020.06.066 |
57 |
Wu, C.; Jiang, Y.; Kopold, P.; van Aken, P. A.; Maier, J.; Yu, Y. Adv. Mater. 2016, 28, 7276.
doi: 10.1002/adma.201600964 |
58 |
Lv, C.; Liu, H.; Li, D.; Chen, S.; Zhang, H.; She, X.; Guo, X.; Yang, D. Carbon 2019, 14, 106.
doi: 10.1016/j.carbon.2018.10.091 |
59 |
Lu, S.; Wu, H.; Hou, J.; Liu, L.; Li, J.; Harris, C. J.; Lao, C.; Guo, Y.; Xi, K.; Ding, S.; et al Nano Res. 2020, 13, 2289.
doi: 10.1007/s12274-020-2848-z |
60 |
Ma, C.; Qiu, L.; Bao, J.; Zhou, Y. Chem. Res. Chin. Univ. 2021, 37, 318.
doi: 10.1007/s40242-021-1030-9 |
61 |
Jia, M.; Jin, Y.; Zhao, C.; Zhao, P.; Jia, M. J. Alloys Compd. 2020, 831, 154749.
doi: 10.1016/j.jallcom.2020.154749 |
62 |
Wang, P.; Huang, J.; Zhang, J.; Wang, L.; Sun, P.; Yang, Y.; Yao, Z. J. Mater. Chem. A 2021, 9, 7248.
doi: 10.1039/d1ta00226k |
63 |
Tao, H.; Li, J.; Li, J.; Hou, Z.; Yang, X.; Fan, L. J. Energy Chem. 2022, 66, 356.
doi: 10.1016/j.jechem.2021.08.026 |
[1] | 曹美芳, 陈博, 阮涛, 欧阳新平, 邱学青. Pt/NbPWO双功能催化剂的制备及氢解碱木质素制备芳香单体[J]. 物理化学学报, 2022, 38(10): 2204037 - . |
[2] | 凌云云, 夏云生. 金纳米复合材料:制备、性质及其癌症诊疗应用[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1912006 - . |
[3] | 吕翰林, 胡兵, 刘国亮, 洪昕林, 庄林. ZnO逆修饰小尺寸Cu/SiO2催化剂及其在CO2加氢制甲醇中的应用[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1911008 - . |
[4] | 王倩倩, 刘大军, 何兴权. 基于金属有机框架衍生的Fe-N-C纳米复合材料作为高效的氧还原催化剂[J]. 物理化学学报, 2019, 35(7): 740 -748 . |
[5] | 彭鹏,刘洪涛,武斌,汤庆鑫,刘云圻. 氮掺杂石墨烯的p型场效应及其精细调控[J]. 物理化学学报, 2019, 35(11): 1282 -1290 . |
[6] | 赵亚松,张丽娟,齐健,金泉,林凯峰,王丹. 石墨二炔及其电子转移增强特性[J]. 物理化学学报, 2018, 34(9): 1048 -1060 . |
[7] | 李重杲,卢天,高恒,张庆,李敏杰,任伟,陆文聪. 苯并噻二唑衍生物作为铆接基团提高染料敏化太阳能电池效率[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9): 1789 -1795 . |
[8] | 莫周胜,秦玉才,张晓彤,段林海,宋丽娟. 环己烯对噻吩在CuY分子筛上吸附的影响机制[J]. 物理化学学报, 2017, 33(6): 1236 -1241 . |
[9] | 曹朋飞,胡杨,张有为,彭静,翟茂林. 无定型钼硫化物/还原氧化石墨烯的辐射合成及其电催化析氢性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12): 2542 -2549 . |
[10] | 陈晓宇,王经东,于安池. 金纳米颗粒在不同包裹介质中的超快等离子体动力学[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2184 -2190 . |
[11] | 曾向东,赵晓昱,韦会鸽,王彦飞,唐娜,沙作良. 聚苯胺-还原氧化石墨烯复合材料的比电容及超级电容性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(10): 2035 -2041 . |
[12] | 唐伟,王兢. 金属氧化物异质结气体传感器气敏增强机理[J]. 物理化学学报, 2016, 32(5): 1087 -1104 . |
[13] | 胡丽芳,何杰,刘媛,赵芸蕾,陈凯. TiO2-HNbMoO6复合材料的结构特征及其光催化性能[J]. 物理化学学报, 2016, 32(3): 737 -744 . |
[14] | 王经东,李爽,吕荣,于安池. 酪氨酸猝灭Eosin Y的荧光[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1787 -1794 . |
[15] | 许婧, 杨德志, 廖小珍, 何雨石, 马紫峰. 还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(5): 913 -919 . |
|