石墨氮调控的直接I2/I?转化实现锌-碘电池的快速动力学与稳定性

《ChemSusChem》：Graphitic Nitrogen-Regulated Direct I2/I? Conversion to Achieve Fast Kinetics and Stability for Zn–I2 Batteries

　　

摘要

水系锌碘电池（Zn–I₂）中的碘（I₂）正极面临氧化还原动力学缓慢和多碘化物穿梭效应严重等问题，导致碘利用率低和循环稳定性差。本文通过将核-壳结构的富石墨烯氮碳点（CPDs）与自支撑多孔碳骨架（PCF）整合，构建了一种石墨烯氮调控的多孔碳宿主材料。多孔骨架为碘的容纳提供了充足空间，并为物质传输提供了可及通道；而CPDs引入的石墨烯氮位点增强了碘-宿主相互作用，促进了界面电子转移。两者的协同作用有利于以直接的I₂/I^?转化为主导的反应路径，大幅抑制可溶性多碘化物物种的累积，从而实现快速的碘氧化还原动力学和优异的循环稳定性。得益于这些协同效应，优化后的PCF-CPDs/I₂-0.2正极在0.3 A g^?1下展现出146.1 mAh g^?1的高比容量，经过500次循环后容量保持率为99.6%。在1 A g^?1下，该正极可保持117.5 mAh g^?1的容量，4000次循环后容量保持率为87.1%。本研究证明，将多孔限域与CPDs介导的界面调控相结合，为开发高性能锌碘电池提供了一种有效策略。

图形摘要

将富石墨烯氮的碳点（CPDs）整合到自支撑多孔碳骨架（PCF）中，以实现多孔限域与CPDs介导的界面调控的协同。所得到的PCF-CPDs/I₂-0.2正极大幅抑制了可溶性多碘化物物种的可检测累积，有利于以直接的I₂/I^?转化为主导的反应路径，促进界面电荷转移，提高碘利用率，并赋予水系锌碘电池优异的长期循环稳定性。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

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