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《Journal of Emergency Nursing》：Characteristics of an Urban Emergency Department Callback System for the Treatment of Sexually Transmitted Infections

碳复合Mn?SnO?电极通过优化SnCl?·2H?O比例与MOFs热解实现体积稳定，循环250次容量保持率53.5%，LIC组装后能量密度116.6 Wh/kg，功率密度4100 W/kg。

　　在当前的能源存储技术中，锂离子电池（LIBs）和超级电容器（SCs）是两种主要的电化学储能系统，它们在从小规模应用扩展到电动汽车领域中扮演了关键角色，并占据了电池市场的主要份额。然而，LIBs的能量密度较高，但其功率密度相对较低，而SCs的功率密度虽高，但能量密度有限。这种局限性促使了锂离子电容器（LICs）的出现，它结合了LIBs的负极和EDLC的正极，从而在储能技术中开辟了新的可能性。LICs能够实现两种储能机制：正极材料表面的离子物理吸附或脱附，以及负极中通过法拉第反应实现的Li?嵌入和脱出。这种结合使得LICs在高功率密度和高能量密度之间取得了平衡，展现出独特的性能和广泛的应用前景。

然而，LICs在实际应用中仍然面临挑战。其中，LIBs负极中的Li?嵌入和脱出过程相对缓慢，而EDLC正极中的离子物理吸附和脱附过程则更为迅速。这种电极反应动力学的不匹配限制了LICs在高能量和高功率密度方面的表现。因此，开发具有更优性能的负极材料成为提升LICs整体性能的关键。

为了应对这一挑战，研究人员开始探索新型的负极材料，以实现更高的储能能力和更好的循环稳定性。锡（Sn）作为第五主族元素，被认为是下一代LIBs的有前景候选材料。Sn基材料，如金属Sn、Sn氧化物、Sn磷化物和Sn硫化物，因其高比容量而受到关注。例如，金属Sn的比容量可达990 mAh·g?1，而SnO?的比容量则高达1494 mAh·g?1，分别是石墨理论比容量的两倍和四倍。尽管Sn基材料的比容量不及其同族元素硅（Si）和锗（Ge），但其合成相对容易，且具有较高的导电性，这使得Sn基材料在研究中备受青睐。

然而，Sn基材料在充放电过程中会经历相变和合金反应，导致体积膨胀，从而引发电极材料的粉化和开裂，最终脱落至集流体，损害电池结构并严重影响电化学性能。因此，引入过渡金属元素（如Mn、Co、Zn等）到Sn氧化物中，形成锡酸盐（M?SnO?），被认为是一种有效的策略。例如，Wang等人将Mn引入Sn材料中，制备了Mn?SnO?负极材料。Mn的引入不仅增强了氧化还原反应，还形成了具有缓冲作用的金属Mn和MnO，同时Mn与Sn的共存也提高了材料的固有导电性。

此外，研究还表明，这些金属元素（如M = Fe, Mn, Co, Ni）能够催化Li?O的分解。这是由于将M/Li?O转化为MO所需的能量障碍显著低于将Sn/Li?O转化为SnO?所需的能量障碍，从而促进Sn被惰性Li?O包裹后转化为SnO?，提高结构稳定性。因此，通过调整Sn源的浓度，可以优化Mn?SnO?@C的结构和电化学性能。

在这一背景下，研究人员开发了一种基于金属有机框架（MOFs）的合成方法，以制备具有特定形态的碳复合锡基负极材料。MOFs作为前驱体，通过热解可以形成具有多孔结构的碳壳层，从而提高电极材料的稳定性和导电性。同时，热解得到的衍生材料能够保留MOFs的原有形态和均匀的金属物种分布，使得材料的结构设计更加灵活。

本研究中，通过控制Mn-MOF前驱体的热解过程，制备了具有三维多孔结构的碳复合Mn?SnO?球体。通过优化SnCl?·2H?O的添加比例，研究人员在结构稳定性和电化学活性之间取得了平衡。优化后的0.8-Mn?SnO?@C负极材料在250次循环后，表现出优异的循环性能，其可逆容量达到559.6 mAh·g?1，容量保持率高达53.5%。这一结果表明，Mn?SnO?@C材料在循环过程中能够保持较高的电化学活性，同时避免因体积变化导致的结构损伤。

为了进一步验证Mn?SnO?@C材料的性能，研究人员将其与活性炭（AC）正极材料配对，构建了锂离子电容器（LIC）。这种LIC在102.5 W·kg?1的功率密度下，表现出116.6 Wh·kg?1的高能量密度，而在4100 W·kg?1的超高功率密度下，仍能保持21.3 Wh·kg?1的能量密度。这一结果表明，Mn?SnO?@C材料不仅在高能量密度方面表现出色，而且在超高功率密度下依然保持良好的储能性能，显示出其在下一代高功率密度LIC中的巨大潜力。

本研究的创新之处在于，采用MOFs作为前驱体，通过热解过程实现对材料结构的精确控制。这种合成方法不仅能够形成具有多孔结构的碳壳层，还能保留MOFs的原有形态，从而提高材料的结构稳定性和电化学活性。此外，通过调整Sn源的浓度，研究人员能够优化Mn?SnO?@C的组成，使其在循环过程中保持较高的容量保持率。

在实验过程中，研究人员首先制备了Na-BTC，作为合成Mn-BTC的基础材料。Na-BTC是由脱质子化的三甲基苯甲酸（H?BTC）和Na?组成的。随后，通过将MnCl?·H?O与Na-BTC混合，并在水/乙醇（1:1）溶液中进行反应，制备了Mn-BTC。这一过程为后续的热解反应奠定了基础，使得Mn-BTC能够进一步转化为Mn?SnO?@C。

通过热解过程，Mn-BTC前驱体在氩气氛围下经历高温处理，有机配体逐渐分解，形成碳层，从而产生MnO/Mn?O?@C。随后，通过进一步的处理，MnO/Mn?O?@C能够转化为最终的Mn?SnO?@C材料。这一过程不仅能够实现对材料结构的精确控制，还能确保材料在循环过程中的稳定性。

为了评估Mn?SnO?@C材料的性能，研究人员对其进行了系统的表征和电化学测试。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析，研究人员确认了Mn?SnO?@C的球形结构和晶体结构。此外，通过电化学测试，研究人员评估了该材料在不同电流密度下的容量保持率和循环稳定性。测试结果表明，Mn?SnO?@C材料在250次循环后，其可逆容量仍能保持在较高水平，显示出优异的循环性能。

此外，研究人员还测试了LIC的性能，该LIC采用Mn?SnO?@C作为负极，活性炭（AC）作为正极。测试结果表明，这种LIC在102.5 W·kg?1的功率密度下，表现出116.6 Wh·kg?1的高能量密度，而在4100 W·kg?1的超高功率密度下，仍能保持21.3 Wh·kg?1的能量密度。这一结果表明，Mn?SnO?@C材料不仅在高能量密度方面表现出色，而且在超高功率密度下依然保持良好的储能性能，显示出其在下一代高功率密度LIC中的巨大潜力。

本研究的成果不仅为LICs的开发提供了新的思路，也为其他高能量密度储能系统的研究提供了参考。通过优化材料的结构和组成，研究人员能够有效提高电极材料的性能，使其在循环过程中保持较高的容量保持率。此外，通过引入过渡金属元素（如Mn）到Sn氧化物中，形成锡酸盐（M?SnO?），研究人员能够提高材料的结构稳定性和电化学活性，从而实现更高的储能性能。

综上所述，Mn?SnO?@C复合材料的合成和优化为LICs的发展提供了新的可能性。通过控制热解过程和调整Sn源的浓度，研究人员能够实现对材料结构的精确控制，从而提高其循环稳定性和电化学活性。此外，通过将Mn?SnO?@C与活性炭（AC）正极材料配对，研究人员能够构建出具有高能量密度和高功率密度的LIC，显示出其在高功率密度储能系统中的巨大潜力。这一研究不仅为LICs的开发提供了新的材料选择，也为其他高能量密度储能系统的研究提供了重要的理论和实践基础。