导电碳修饰隧道取向VO2(B)纳米带的简易合成及其卓越锌存储性能研究

本研究针对水系锌离子电池(ZIBs)中宿主电极材料扩散动力学差、导电性不足等问题，通过还原V2O5凝胶与果糖，简易制备了隧道取向的VO2(B)@C纳米带。该材料凭借0.5 nm2大晶格隧道、碳修饰增强导电性及超薄结构(2.4 nm)，实现了429.9 mAh g?1(0.5 A g?1)的高容量和10,000次循环后135.6 mAh g?1的优异循环稳定性，为高性能ZIBs电极设计提供了新思路。

　　

研究背景与意义
随着全球对安全、低成本储能需求的激增，水系锌离子电池(ZIBs)因其高理论容量(820 mAh g^?1)、环境友好等优势成为研究热点。然而，二价锌离子的强静电斥力及水合离子的大半径严重阻碍扩散动力学，亟需开发兼具快速离子通道和高导电性的宿主电极材料。传统钒基氧化物如VO₂(B)虽具有隧道结构，但体相材料的厚尺度与低导电性限制了其实际应用。

研究机构与方法
安阳工学院的研究团队创新性地通过果糖还原V₂O₅凝胶，一步法制备了隧道沿c轴取向(0.5 nm²)、厚度仅2.4 nm的VO₂(B)@C纳米带。关键技术包括：(1)水热法调控晶体取向生长；(2)碳原位修饰增强导电性；(3)AFM/TEM表征超薄结构；(4)电化学测试验证锌存储性能。

研究结果

1. 微观结构特征
   SEM/TEM显示纳米带宽度30-60 nm，长度200-1000 nm。HRTEM证实隧道沿c轴排列，碳层均匀包覆。XPS检测到氧空位，协同提升导电性。

2. 电化学性能
   在3 M Zn(CF₃SO₃)₂电解液中，材料展现超高倍率性能：10 A g^?1下容量达267.4 mAh g^?1，远超非取向样品(158.2 mAh g^?1)。10,000次循环后容量保持率>50%，归因于碳层保护抑制结构坍塌。

结论与意义
该研究通过晶体取向调控与纳米结构设计，实现了"隧道-导电网络-超薄尺寸"三重协同效应：(1)大隧道加速Zn²⁺扩散；(2)碳包覆提升电子传输；(3)纳米带缩短离子路径。相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，为ZIBs电极材料设计提供了可规模化生产的解决方案，推动其在电动交通工具与电网储能中的应用。