微波條件下強固體酸催化快速高效合成外消旋 Baloxavir
在水系鋅離子電池中通過銨離子擴大碳包覆氧化釩的層間距以實現(xiàn)快速的電化學(xué)動力學(xué)
近年來，水系鋅離子電池（AZIBs）因其生態(tài)友好、價格低廉、安全性高和可逆存儲等優(yōu)點，有望成為未來的儲能系統(tǒng)。然而，比容量低和缺乏長壽命的正極材料嚴重限制了AZIBs的發(fā)展。本文采用微波輔助溶劑熱法快速合成了納米花狀的氧化釩納米帶，隨后通過在NH3氣氛中高溫煅燒，用銨離子擴大了合成納米帶的層間距。氧化釩層間距的增加促進了Zn2+的嵌入/脫出，加速了電化學(xué)動力學(xué)，導(dǎo)致了高度可逆的贗電容貢獻（在1 mV s-1的掃描速率下為71%）。嵌入銨的V2O5與碳包覆的NH4V4O10/C（NHVO/C）正極表現(xiàn)出高比容量（在0.1 A g-1時為458.6 mAh g-1）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在10 A g-1下循環(huán)2800次后容量保持率約為90%），優(yōu)于大多數(shù)AZIBs的正極材料。此外，通過原位和非原位材料表征闡明了在電化學(xué)反應(yīng)過程中NHVO/C正極中可逆的Zn2+嵌入/脫出。這些發(fā)現(xiàn)有望為商業(yè)應(yīng)用中綠色、安全和可靠的儲能設(shè)備的先進釩基正極材料的開發(fā)提供啟發(fā)。
近年來，水系鋅離子電池（AZIBs）因其生態(tài)友好、價格低廉、安全性高和可逆存儲等優(yōu)點，有望成為未來的儲能系統(tǒng)。然而，比容量低和缺乏長壽命的正極材料嚴重限制了AZIBs的發(fā)展。本文采用微波輔助溶劑熱法快速合成了納米花狀的氧化釩納米帶，隨后通過在NH3氣氛中高溫煅燒，用銨離子擴大了合成納米帶的層間距。氧化釩層間距的增加促進了Zn2+的嵌入/脫出，加速了電化學(xué)動力學(xué)，導(dǎo)致了高度可逆的贗電容貢獻（在1 mV s-1的掃描速率下為71%）。嵌入銨的V2O5與碳包覆的NH4V4O10/C（NHVO/C）正極表現(xiàn)出高比容量（在0.1 A g-1時為458.6 mAh g-1）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（在10 A g-1下循環(huán)2800次后容量保持率約為90%），優(yōu)于大多數(shù)AZIBs的正極材料。此外，通過原位和非原位材料表征闡明了在電化學(xué)反應(yīng)過程中NHVO/C正極中可逆的Zn2+嵌入/脫出。這些發(fā)現(xiàn)有望為商業(yè)應(yīng)用中綠色、安全和可靠的儲能設(shè)備的先進釩基正極材料的開發(fā)提供啟發(fā)。
1. 引言
能源消耗和環(huán)境惡化是當(dāng)今世界面臨的兩大主要問題。這些問題促使了包括生物質(zhì)能、太陽能、海洋能等在內(nèi)的可再生清潔能源的發(fā)展。儲能系統(tǒng)對于實現(xiàn)和確保能源的收集、存儲和運輸至關(guān)重要。在眾多儲能系統(tǒng)中，包括超級電容器和燃料電池，鋰離子電池（LIBs）由于其高能量密度、高電荷保留能力和長循環(huán)壽命，常用于智能設(shè)備和電動交通。然而，安全問題，包括燃燒甚至爆炸、高成本、環(huán)境污染和有限的鋰資源，阻礙了LIBs的發(fā)展。
近年來，鋅離子電池（ZIBs）因其高理論容量（820 mAh g-1）、低成本、豐富的儲量、生態(tài)友好、高安全性和高可靠性，作為LIBs的替代品展現(xiàn)出了巨大的潛力。在過去的幾年里，研究人員致力于探索ZIBs的穩(wěn)定正極材料，包括錳基化合物、釩基化合物、普魯士藍類似物和有機聚合物材料。然而，錳氧化物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、反應(yīng)中不可逆的相變、低比容量（<100 mAh g-1）、普魯士藍類似物的倍增能力以及大多數(shù)過渡金屬化合物的低電導(dǎo)率，以及在循環(huán)過程中形成的可溶解材料導(dǎo)致容量迅速下降，嚴重限制了這些材料的大規(guī)模應(yīng)用。
釩氧化物因其優(yōu)異的電化學(xué)性能、高元素儲量和低價格而成為ZIBs的重要正極材料。釩氧化物具有多種價態(tài)，經(jīng)歷多種氧化還原反應(yīng)，并有多種晶體結(jié)構(gòu)，如孔狀、層狀和開放框架。迄今為止，各種釩氧化物，如V2O5、VO2、V4O9、H0.642V2O5·0.143H2O、CuV2O6和Al - VOH，已被設(shè)計為Zn2+的主體材料。然而，大多數(shù)釩氧化物由于放電電壓低、相變、在反復(fù)充放電循環(huán)中陽極溶解以及復(fù)雜的儲能機制，能量密度有限。為了解決這些問題，研究人員試圖通過開發(fā)多孔和納米結(jié)構(gòu)、使用碳復(fù)合材料和調(diào)整層間距來增強材料擴散動力學(xué)并提高釩氧化物正極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
在本研究中，通過微波輔助溶劑熱法和隨后的煅燒成功合成了具有碳涂層的銨嵌入V2O5納米帶（NHVO/C）。具體而言，嵌入的銨作為支柱結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中坍塌，并促進Zn2+的嵌入/脫嵌，加速電化學(xué)動力學(xué)，從而實現(xiàn)優(yōu)異的倍率性能。因此，具有NHVO/C正極的ZIB在0.1 A g-1時顯示出458.6 mAh g-1的高容量。此外，該正極的穩(wěn)定性即使在10 A g-1時也非常出色，獲得了173.6 mAh g-1的最大容量，并在2800次循環(huán)后保持其初始容量的90%。這項工作為設(shè)計具有高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的ZIB正極材料提供了新的參考，為安全、低成本和可持續(xù)的儲能設(shè)備的快速大規(guī)模發(fā)展提供了可能性
能源消耗和環(huán)境惡化是當(dāng)今世界面臨的兩大主要問題。這些問題促使了包括生物質(zhì)能、太陽能、海洋能等在內(nèi)的可再生清潔能源的發(fā)展。儲能系統(tǒng)對于實現(xiàn)和確保能源的收集、存儲和運輸至關(guān)重要。在眾多儲能系統(tǒng)中，包括超級電容器和燃料電池，鋰離子電池（LIBs）由于其高能量密度、高電荷保留能力和長循環(huán)壽命，常用于智能設(shè)備和電動交通。然而，安全問題，包括燃燒甚至爆炸、高成本、環(huán)境污染和有限的鋰資源，阻礙了LIBs的發(fā)展。
近年來，鋅離子電池（ZIBs）因其高理論容量（820 mAh g-1）、低成本、豐富的儲量、生態(tài)友好、高安全性和高可靠性，作為LIBs的替代品展現(xiàn)出了巨大的潛力。在過去的幾年里，研究人員致力于探索ZIBs的穩(wěn)定正極材料，包括錳基化合物、釩基化合物、普魯士藍類似物和有機聚合物材料。然而，錳氧化物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、反應(yīng)中不可逆的相變、低比容量（<100 mAh g-1）、普魯士藍類似物的倍增能力以及大多數(shù)過渡金屬化合物的低電導(dǎo)率，以及在循環(huán)過程中形成的可溶解材料導(dǎo)致容量迅速下降，嚴重限制了這些材料的大規(guī)模應(yīng)用。
釩氧化物因其優(yōu)異的電化學(xué)性能、高元素儲量和低價格而成為ZIBs的重要正極材料。釩氧化物具有多種價態(tài)，經(jīng)歷多種氧化還原反應(yīng)，并有多種晶體結(jié)構(gòu)，如孔狀、層狀和開放框架。迄今為止，各種釩氧化物，如V2O5、VO2、V4O9、H0.642V2O5·0.143H2O、CuV2O6和Al - VOH，已被設(shè)計為Zn2+的主體材料。然而，大多數(shù)釩氧化物由于放電電壓低、相變、在反復(fù)充放電循環(huán)中陽極溶解以及復(fù)雜的儲能機制，能量密度有限。為了解決這些問題，研究人員試圖通過開發(fā)多孔和納米結(jié)構(gòu)、使用碳復(fù)合材料和調(diào)整層間距來增強材料擴散動力學(xué)并提高釩氧化物正極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
在本研究中，通過微波輔助溶劑熱法和隨后的煅燒成功合成了具有碳涂層的銨嵌入V2O5納米帶（NHVO/C）。具體而言，嵌入的銨作為支柱結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中坍塌，并促進Zn2+的嵌入/脫嵌，加速電化學(xué)動力學(xué)，從而實現(xiàn)優(yōu)異的倍率性能。因此，具有NHVO/C正極的ZIB在0.1 A g-1時顯示出458.6 mAh g-1的高容量。此外，該正極的穩(wěn)定性即使在10 A g-1時也非常出色，獲得了173.6 mAh g-1的最大容量，并在2800次循環(huán)后保持其初始容量的90%。這項工作為設(shè)計具有高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的ZIB正極材料提供了新的參考，為安全、低成本和可持續(xù)的儲能設(shè)備的快速大規(guī)模發(fā)展提供了可能性
