The electrochemical Na intercalation/extraction mechanism of ultrathin cobalt(II) terephthalate-based MOF nanosheets revealed by synchrotron X-ray absorption spectroscopy

doi:10.1016/j.ensm.2018.02.021

論文編號(hào): 18
期刊: Energy Storage Materials
影響因子: 17.789
中科院分區(qū): 1 區(qū)
發(fā)表年份: 2018
DOI: 10.1016/j.ensm.2018.02.021
設(shè)備型號(hào): XH-8000 / XH-8000Plus
作者單位: 華東師范大學(xué)；華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院；上海同步輻射光源
East China Normal University; School of Chemistry and Molecular Engineering, East China Normal University, Shanghai, China; Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai, China
研究方向: MOF 儲(chǔ)能材料鈉離子電池負(fù)極超薄納米片氧空位調(diào)控同步輻射機(jī)理表征

事實(shí)快照

論文：同步加速器 x 射線吸收光譜揭示超薄對(duì)苯二甲酸鈷基 MOF 納米片的電化學(xué) Na 嵌入/萃取機(jī)理
設(shè)備：XH-8000 / XH-8000Plus
期刊與分區(qū)：Energy Storage Materials，中科院 1 區(qū)
核心條件：時(shí)間 8 h
關(guān)鍵結(jié)果：庫侖效率 100%；第一圈放電容量 774 mA h g^-1；可逆容量 555 mA h g^-1
用途：可作為 MOF 儲(chǔ)能材料、鈉離子電池負(fù)極的論文證據(jù)頁。

研究摘要

論文摘要指出，作者首次將超薄 CoOHtp 基 MOF 納米片（u-CoOHtp）作為鈉離子電池負(fù)極進(jìn)行評(píng)估，并認(rèn)為超薄化過程中形成的氧空位會(huì)誘導(dǎo)局域內(nèi)建電場(chǎng)，從而加快離子擴(kuò)散并促進(jìn)可逆儲(chǔ)鈉。樣品在 50 mA g^-1 下可提供 555 mA h g^-1 的可逆容量并保持優(yōu)異循環(huán)性能。同時(shí)，作者借助硬 X 射線和軟 X 射線吸收譜系統(tǒng)揭示了 Na+ 嵌脫過程中 Co 和 O 位點(diǎn)的價(jià)態(tài)及局域環(huán)境演變。

研究背景與解決的問題

論文摘要指出，作者首次將超薄 CoOHtp 基 MOF 納米片（u-CoOHtp）作為鈉離子電池負(fù)極進(jìn)行評(píng)估，并認(rèn)為超薄化過程中形成的氧空位會(huì)誘導(dǎo)局域內(nèi)建電場(chǎng)，從而加快離子擴(kuò)散并促進(jìn)可逆儲(chǔ)鈉。

設(shè)備應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)條件

項(xiàng)目	參數(shù)
時(shí)間	8 h

關(guān)鍵結(jié)果

庫侖效率 100%

第一圈放電容量 774 mA h g^-1

可逆容量 555 mA h g^-1

可逆容量 371 mA h g^-1

指標(biāo)	結(jié)果
庫侖效率	100%
第一圈放電容量	774 mA h g^-1
可逆容量	555 mA h g^-1
可逆容量	371 mA h g^-1

機(jī)制/方法亮點(diǎn)

超薄納米片縮短離子/電子傳輸路徑作者明確指出，納米級(jí)厚度可縮短離子與電子到達(dá)內(nèi)部活性位點(diǎn)的遷移距離，從而提高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
氧空位誘導(dǎo)局域內(nèi)建電場(chǎng) 論文把氧空位的作用說得很清楚：氧空位會(huì)造成局域電荷分布失衡，并形成面內(nèi)局域內(nèi)建電場(chǎng)，進(jìn)一步加速 Na+ 遷移和電荷轉(zhuǎn)移。
儲(chǔ)鈉不僅發(fā)生在 Co 位點(diǎn)，也發(fā)生在羧基氧位點(diǎn) 同步輻射結(jié)果表明，放電過程中 Co 會(huì)經(jīng)歷 Co2+ → Co0 的還原，而在低電壓區(qū)間還有額外 Na+ 嵌入到羧基氧位點(diǎn)
充電時(shí)則先從羧基氧位點(diǎn)脫出 Na+，隨后發(fā)生 Co0 → Co2+ 的氧化恢復(fù)。這為 MOF 儲(chǔ)鈉中的電荷補(bǔ)償機(jī)制提供了很有分量的原子層級(jí)證據(jù)。

應(yīng)用價(jià)值

論文同時(shí)做了微波塊體對(duì)照樣與超聲超薄樣，工藝對(duì)照邊界清楚。
u-CoOHtp 厚度僅 1.4–3.5 nm，結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)非常明確。
在 50 mA g^-1 下可逆容量達(dá)到 555 mA h g^-1，50 次后仍有 371 mA h g^-1。
氧空位和局域內(nèi)建電場(chǎng)被直接寫入機(jī)制主線，不只是經(jīng)驗(yàn)性解釋。
XAFS/sXAS 追蹤到 Co 位點(diǎn)與羧基氧位點(diǎn)共同參與儲(chǔ)鈉，機(jī)理層次很完整。

常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？

本研究使用 XH-8000 / XH-8000Plus。

研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？

該研究發(fā)表于 Energy Storage Materials（2018），使用 XH-8000 / XH-8000Plus 開展 MOF 儲(chǔ)能材料、鈉離子電池負(fù)極研究，關(guān)鍵結(jié)果包括庫侖效率 100%；第一圈放電容量 774 mA h g^-1；可逆容量 555 mA h g^-1。

該研究發(fā)表在哪個(gè)期刊？

發(fā)表于 Energy Storage Materials，中科院 1 區(qū)。

引用信息
The electrochemical Na intercalation/extraction mechanism of ultrathin cobalt(II) terephthalate-based MOF nanosheets revealed by synchrotron X-ray absorption spectroscopy
Energy Storage Materials, 2018
DOI: 10.1016/j.ensm.2018.02.021