作為水系鋅離子電池正極材料的候選材料，二氧化錳具有低成本、高理論容量和高工作電壓的優勢，但其固有缺陷限制了電化學性能。
近日，中國科學技術大學研究團隊在MnO2層間分別引入具有吸電子和供電子基團的有機分子，結合同步輻射共振非彈性X射線散射技術、X射線吸收譜和理論計算，證明具有不同電子效應的插層劑對MnO2電子結構的調控。結果表明，帶吸電子基團的分子插層可促進Mn 3d-O 2p軌道雜化，降低晶場分裂能，增強與Zn的相互作用，進而改善離子傳輸動力學，展現出優異的倍率性能。
科研團隊選取含吸電子基團的7-乙酰氧基-4-甲基香豆素（AMC）有機分子、含供電子基團的7-羥基香豆素（HC）有機分子作為插層劑，通過液相插層法制備得到兩種插層型二氧化錳，利用密度泛函理論計算確認含吸電子基團的AMC有機分子與氧的相互作用更強，并促進Mn 3d與O 2p軌道之間雜化程度的增強。
同步輻射RIXS、sXAS的測試顯示，AMC-MnO2的d-d激發峰向更低的能量損失方向移動，表明AMC-MnO2的晶場分裂能更低，即3d-eg和3d-t2g之間的能級差減小。同步輻射紫外光電子能譜結果顯示，AMC-MnO2具有更低的功函數，說明其費米能級上移，利于電子轉移，實現充放電過程中離子的快速傳輸。同步輻射原位XRD進一步探測了AMC-MnO2正極在充放電過程中的結構演變。原位探測發現：當帶電離子嵌入AMC-MnO2時，會增加與二氧化錳層間的相互作用，使得層間距收縮；當離子脫出時，層間相互作用削弱，使得層間距膨脹。由此研究發現，AMC-MnO2正極在充放電過程中具有可逆的層間距和價態演變，說明帶有吸電子效應基團的AMC分子插層能夠穩定二氧化錳主體結構。
上述工作探討了基于電子調制分子插層的二氧化錳結構變化與儲能機制，為插層型材料設計提供了新思路。
相關研究成果發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等的支持。
論文鏈接
基于電子調制分子插層MnO2的同步輻射研究
本文鏈接：研究實現水系鋅電正極精準調控http://m.sq15.cn/show-12-2085-0.html
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