羧甲基纤维素诱导金属有机框架衍生氧化钒相变用于高倍率高容量锌存储

《ChemSusChem》：Carboxymethyl Cellulose-Induced Phase Transformation of Metal-Organic Framework-Derived Vanadium Oxides for High-Rate and High-Capacity Zinc Storage

　　

摘要

传统的从金属有机框架（MOFs）前体合成金属氧化物的方法通常依赖于高温热解，这种方法继承了 MOFs 的结构优势，但能耗很高。在此，我们报道了一种低能耗水热转化策略，用于在无高温处理下制备两种相纯的氧化钒（VO₂ 和 V₃O₇·H₂O）。通过水溶性聚合物羧甲基纤维素钠（CMC）的作用，可以获得具有高氧空位缺陷的隧道结构 VO₂ 纳米带，CMC 通过与 V-MOF 表面释放的钒离子配位，发挥了关键的相导向作用。作为水系锌离子电池（AZIBs）的阴极，VO₂ 纳米带在 0.1?A?g^?1 和 10?A?g^?1 下分别提供了 320.8?mAh?g^?1 和 242.2?mAh?g^?1 的高比容量，显著优于无 CMC 的 V₃O₇·H₂O 对照物（309.5 和 162.3?mAh?g^?1）。此外，VO₂ 在 10?A g^?1 下循环 1400 次后表现出 73.6% 的高容量保持率。增强的电化学性能源于隧道结构、均匀的纳米带形貌和丰富的氧空位的协同效应，这些效应促进了 Zn²⁺ 的扩散和电子传导。这项工作不仅为 AZIBs 提供了一种高性能的 VO₂ 阴极，还建立了一种通用的、低成本的且可扩展的水热路线，用于制备相工程化的 MOF 衍生金属氧化物。

图文摘要

开发了一种低能耗水热路线，通过绕过金属有机框架（MOF）前体的高温热解来合成相纯的 VO₂ 和 V₃O₇·H₂O。在该路线中，羧甲基纤维素钠（CMC）充当双效相导向剂：它空间限域 V–O 组装并将 V⁵⁺ 还原为 V⁴⁺，选择性地生成隧道结构的 VO₂。所得的 VO₂ 阴极表现出出色的倍率性能（10?A?g^?1 下为 242.2?mAh g^?1）和长期稳定性（1400 次循环后保持 73.6%），显著优于无 CMC 的对照物。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可根据合理要求从通讯作者处获得。