基于阴离子MOF材料的Ni/Ni1-xO异质结及其通过电化学方法诱导的空位重构：实现高倍率且稳定的室温Na-S电池

《Advanced Energy Materials》：Anionic MOF-Derived Ni/Ni1-xO Heterojunctions with Electrochemically Induced Vacancy Reconstruction: Enabling High-Rate and Stable Room-Temperature Na–S Batteries

Na-S电池通过Bio-MOF-1模板策略构建Ni/NiO异质结构，利用内置电场增强电荷转移和硫化物吸附，显著提升电池容量、循环稳定性和倍率性能。

　　

摘要

室温钠硫（RT Na-S）电池由于其高理论能量密度和低成本，成为有吸引力的下一代储能系统。然而，它们的实际应用受到多硫化物氧化还原动力学缓慢以及严重的穿梭效应的阻碍。尽管基于过渡金属的异质结构催化剂具有潜力，但其精确的工程设计和电化学重构仍不甚明了。本文开发了一种阴离子金属有机框架（Bio-MOF-1）模板策略，用于制备嵌入分层碳纳米纤维（CNF）中的原子级分散的Ni/NiO异质结。该技术结合了强离子交换作用以实现Ni²⁺的原子级分散，并通过控制热解过程实现相变，从而形成紧密的异质界面并产生内置电场（BIEF）。这种内置电场加速了电荷传输，削弱了Ni-O键，促进了电化学驱动的空位重构。体外表征显示，电化学激活诱导了Ni²⁺空位的产生，增加了Ni³⁺的含量，进一步增强了BIEF。由此制备的S/Ni/Ni_1-xO-Bio-MOF-1@CNF材料表现出优异的多硫化物化学吸附和转化性能：在0.1 A g^?1电流下具有1590.1 mAh g^?1的可逆容量；在1 A g^?1电流下经过1000次循环后仍保持795.8 mAh g^?1的循环稳定性；在5 A g^?1电流下具有541.4 mAh g^?1的优异倍率性能。这项工作为构建先进的金属硫电池提供了新的异质结构设计策略。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。