英国威廉希尔唯一官网李宏岩Adv. Funct. Mater.:碳载体上锚定铋金属原子位点的多配位结构实现高效钾离子储存

发布时间:2024-07-19 来源:英国威廉希尔唯一官网


 近日,英国威廉希尔唯一官网李宏岩课题组在国际著名期刊Advanced Functional MaterialsIF=18.5)上发表了题为“Anchoring Multi-Coordinated Bismuth Metal Atom Sites on Honeycomb-like Carbon Rods Achieving Advanced Potassium Storage的重要研究成果,揭示了铋金属原子与氮、氧非金属原子多配位掺杂碳载体结构对于实现钾离子半/全电池的高容量和长循环寿命的具有重要作用。李宏岩老师为唯一通讯作者。

 在本工作中,我们首先从理论模拟的角度考虑了三种可能的配位结构,即裸氮掺杂碳结构(Bare-NC)、氮配位铋金属原子结构(Bi-N4)和氮、氧双配位铋金属原子结构(Bi-N4-O2)。为了阐明三种不同配位结构与钾储存能力之间的关系,利用电子定位函数(ELF)和Bader电荷进行分析。三个配位结构的ELF值增加表明这些结构中的电子局域化逐渐增强(图1a)。Bi-N4-O2结构周围明显的电子定位有利于增加对K+的吸引力,从而提高K+的存储容量。Bader电荷分析表明,将铋原子掺入NC载体会导致明显的电荷再分配,对NC载体的电子结构产生了较大影响,即当两个氧原子和一个铋原子配位时,不仅在氧配位上发生了强烈的电子局域化,而且在Bi-N4-O2上发生了多次电荷转移,并形成更稳定的Bi-N4-O2配位结构(1b)。由此得出,Bi-N4-O2结构具有迁移能垒低、吸附位点多和吸附能更大等特点(图1d-f)。

1.a)电子定位函数。(bBader电荷值。(cK+吸附和脱附过程中铋原子的Bader电荷值。(dK+扩散能垒。(eK+的吸附模型。(f)吸附能。


 此外,将Bi-N4-O2@HCR-1000材料与MKVO材料匹配组装到全电池体系(图2)。在电流密度为0.5510 A g-1下,放电比容量为1719675mA h g-1。在507 W kg-1的功率密度下,其能量密度高达191Wh kg-1。值得注意的是,在电流密度为5 A g-1时,电池循环充、放电8000次后仍可获得89 mA h g-1的可逆容量,具有优异的循环稳定性和强大的储钾能力。

2. Bi-N4-O2@HCR-1000//MKVO全电池性能展示(部分图片)。


 该工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广州市基础与应用基础项目的支持。


【文章链接】

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202407653


文图|陈智松

校对|杨 茜

责编|李逸凡  杨 茜

初审|李宏岩

终审|陈填烽  吴 涛