金屬氧化物/石墨烯納米片複合材料展現出前所未有的儲能性能-來自日本筑波國家材料科學研究所

日本筑波國家材料科學研究所一個小組描述了迄今為止所報道的超晶格類MnO 2/石墨烯2D納米結構的合成。夾在石墨烯層之間的單層金屬氧化物納米片顯示出創紀錄的儲能效果。

文章來源：智識諮詢

夾在石墨烯層之間的單層金屬氧化物納米片顯示出創紀錄的儲能效果。納米材料獨特的物理性能是實現高性能儲能器件的關鍵。例如，多層二維(2D)納米片之間的超窄空間適合於高效的離子插層，即離子可逆插入層間的空間。重要的是，具有近乎理想的納米層間離子插層空間的納米材料結構具有較短的擴散距離和大量的活性位點，這是製備高性能儲能器件電極材料所必需的。

然而，儘管對二維材料如石墨烯和過渡金屬二硫族化合物進行了廣泛的研究，但儲能能力並未達到預期。最近，研究也轉向探索2D金屬氧化物這種具有更多活性位點甚至更短的擴散長度的材料。解決的主要問題包括合成真正的單層金屬氧化物，防止化學過程中的「再沉積」，以及提高電極的導電性。

由日本筑波國家材料科學研究所(NIMS)國際材料納米結構中心(WPI-MANA)的Takayoshi Sasaki領導的一個小組描述了迄今為止所報道的超晶格類MnO 2/石墨烯2D納米結構的合成。

研究人員利用MnO 2和石墨烯在溶液中的「靜電組裝」合成了MnO 2/石墨烯超晶格結構，利用了不同材料荷電態的差異：MnO 2納米片帶負電，還原石墨烯氧化物(RGO)納米片為正電荷。這一製備工藝及其結構的兩個要點是：MnO 2納米片為真正的單層結構，而MnO 2納米片在石墨烯的原子層之間是「穩定」的。

MnO2 /石墨烯納米結構被用作Li和Na離子電池的陽極。電化學測量結果顯示，LiA和Na儲存的比容量分別為0.1A g-1時的1325和795mAhg-1以及12.8Ag-1時的370和245mAhg-1。研究人員介紹：「更重要的是，Li和Na存儲分別達到5000次循環的每循環容量衰減0.004％和0.0078％的超長循環性能，分別超過迄今為止報道的金屬氧化物基陽極。我們所描述的超晶格的複合材料是」材料納米建築學」的概念。我們採用了兩種具有不同性能的2D材料，形成了具有協同特性的先進複合材料，這些材料不會由單一材料展現出來。」

參考來源：MANA

相關文獻 ：Pan Xiong, Renzhi Ma, Nobuyuki Sakai, and Takayoshi Sasaki, Genuine Unilamellar Metal Oxide Nanosheets Confined in a Superlattice-like Structure for Superior Energy Storage, ACS Nano, 12 ,1768–1777, (2018).

來源：智識諮詢

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