金属-六亚甲基四胺配位网络衍生的碳/金属碲化物复合材料:制备、界面设计及储钠应用

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钠的储量丰富价格低廉,而且性质和锂相似,因此钠离子电池有望替代商业化锂离子电池。金属有机骨架(MOF)衍生的碳基材料显示出良好的储钠前景。目前MOF衍生碳基材料大多呈现多面体结构。相比之下二维的碳基体具有更丰富活性位,将更好的提升储钠性能,但是MOF衍生二维碳材料的相关研究有限,面临着许多挑战:1.二维-MOF的合成方法复杂且产率低;2.热解过程中MOF会易于坍塌。针对上述问题,本论文使用六次甲基四胺(HMT)作为配体,合成出了具有二维结构的MOF,经过碳化、碲化处理制备了二维碳基碲化物,开展了材料界面设计、探索了界面性质对储钠性质的影响。(1)使用Ni-HMT微米盘制备出二维碳纳米片负载的碲化镍(NiTe2@NCNs)。用作于钠电负极材料,NiTe2@NCNs展示出良好的倍率性能,在0.1和10Ag-1的电流密度下,可逆容量分别为289.5和271.6mA hg-1。良好的电化学性能归因于氮掺杂碳纳米片加快了电子传导速率以及层状碲化镍加速了钠离子扩散。(2)通过双金属-HMTMOF衍生策略合成了具有不同界面性质的碳载双金属碲化物异质结构,发现反阻挡层异质结构显著提升电化学性能,而阻挡层异质结构不利于储钠性能的提升。NiTe2-ZnTe反阻挡层异质结构在0.1和10 A g-1的电流密度下,可逆容量分别为256.9和178.48mA hg-1,在5Ag-1的电流密度下循环1000次后,容量保持率80.6%。实验和计算证明了反阻挡层异质结构可以改善界面电子分布,提升离子扩散动力学,从而提高钠离子存储性能。
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