RGO-Coated MOF-Derived In2Se3 as a High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries

Haoliang Lv Xuejie Wang Yu Yang Tao Liu Liuyang Zhang

Citation:  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 Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(3): 221001. doi: 10.3866/PKU.WHXB202210014 shu

还原氧化石墨烯包覆MOF衍生In2Se3用于钠离子电池负极

    通讯作者: 刘涛, liutao54@cug.edu.cn
    张留洋, zhangliuyang@cug.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21801200

    国家自然科学基金 22075217

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。

English

    1. [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. [2]

      Xie, J.; Lu, Y. Nat. Commun. 2020, 11, 2499. doi: 10.1038/s41467-020-16259-9

    3. [3]

      Liu, T.; Qu, Y.; Liu, J.; Zhang, L.; Cheng, B.; Yu, J. Small 2021, 17, 2103673. doi: 10.1002/smll.202103673

    4. [4]

      Deng, J.; Luo, W.; Chou, S.; Liu, H.; Dou, S. Adv. Energy Mater. 2017, 8, 1701428. doi: 10.1002/aenm.201701428

    5. [5]

      陈瑶, 董浩洋, 李园园, 刘金平. 物理化学学报, 2021, 37, 2007075. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007075Chen, Y.; Dong, H.; Li, Y.; Liu, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2007075. doi: 10.3866/PKU.WHXB202007075

    6. [6]

      Zhu, L.; Yang, X.; Xiang, Y.; Kong, P.; Wu, X. Rare Met. 2021, 40, 1383. doi: 10.1007/s12598-020-01555-6

    7. [7]

      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.WHXB202009073Xu, G.; Wang, Q.; Su, Y.; Liu, M.; Li, Q.; Zhang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2009073. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009073

    8. [8]

      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.WHXB202001003Wang, S.; Yang, G.; Nasir, M. S.; Wang, X.; Wang, J.; Yan, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2001003. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001003

    9. [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. [10]

      Li, X.; Qi, S.; Zhang, W.; Feng, Y.; Ma, J. Rare Met. 2020, 39, 1239. doi: 10.1007/s12598-020-01492-4

    11. [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. [12]

      Ge, P.; Hou, H.; Li, S.; Huang, L.; Ji, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 14716. doi: 10.1021/acsami.8b01888

    13. [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. [14]

      Xiao, B.; Rojo, T.; Li, X. ChemSusChem 2019, 12, 133. doi: 10.1002/cssc.201801879

    15. [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. [16]

      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.WHXB201907072Wang, J.; Wu, N.; Liu, T.; Cao, S.; Yu, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1907072. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907072

    17. [17]

      Liu, Y.; Yang, C.; Zhang, Q.; Liu, M. Energy Storage Mater. 2019, 22, 66. doi: 10.1016/j.ensm.2019.01.001

    18. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [27]

      Ye, B.; Cao, X.; Zhao, Q.; Wang, J. J. Phys. Chem. C 2020, 124, 21242. doi: 10.1021/acs.jpcc.0c05125

    28. [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. [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. [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. [31]

      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.WHXB202204017Liu, H.; Zhou, F.; Shi, X.; Shi, Q.; Wu, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2204017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202204017

    32. [32]

      张梦迪, 陈蓓, 吴明铂. 物理化学学报, 2022, 38, 2101001. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101001Zhang, M.; Chen, B.; Wu, M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2101001. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101001

    33. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [44]

      Wang, X.; Zhu, B.; Liu, T.; Zhang, L.; Yu, J. Small Methods 2021, 6, 2101269. doi: 10.1002/smtd.202101269

    45. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [52]

      Xu, Q.; Xue, H.; Guo, S. Electrochim. Acta 2018, 292, 1. doi: 10.1016/j.electacta.2018.09.135

    53. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [60]

      Ma, C.; Qiu, L.; Bao, J.; Zhou, Y. Chem. Res. Chin. Univ. 2021, 37, 318. doi: 10.1007/s40242-021-1030-9

    61. [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. [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. [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

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  14
  • 文章访问数:  1203
  • HTML全文浏览量:  239
文章相关
  • 发布日期:  2023-03-15
  • 收稿日期:  2022-09-06
  • 接受日期:  2022-10-20
  • 修回日期:  2022-10-20
  • 网络出版日期:  2022-10-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章