北京化工大学严乙铭教授课题组《mall》：空位和n原子给

文献、电子书快速提供、英文论文撰写查重以及语法校对服务，全部免费！快快联系小编（文末二维码添加）。

第一作者：Zhenzhen Fu

通讯作者：Yi-Ming Yan、Zhiyu Yang

通讯单位：北京化工大学有机-无机复合材料国家重点实验室

论文DOI：10.1002/smll.202205666

全文速览

研究背景

TMOs中的离子插层化 学过程受到缓慢的离子扩散动力学的限制，导致脱盐过程中速率 较低。因此，提高离子在TMOs中的扩散能力是非常迫切和必要的。由电荷分布不平衡引起的LEF可以显著改善电极材料的离子扩散性能。提高离子在高负载质量电极中的扩散能力在HCDI应用中仍然是一个很大的挑战。基于此，研究促进离子扩散动力学的高效LEF构建策略，使TMOs中HCDI性能增强是研究的前沿。

图文导读

利用NaBH4处理在商业MnO2中引入O空位，TEM可以观察到MnO2−x以黄色虚线标记的明显晶格畸变，这表明可能存在O空位引起的结构变化。拉曼光谱表明MnO2的能带从633 cm−1移动到MnO2−x的639 cm−1。带移可归因于MnO2−x中存在氧空位时晶格畸变引起的对称拉伸振动(Mn-O)增强。EPR发现 MnO2−x的O空位信号比MnO2更明显，说明MnO2−x中的O空位浓度增加。

CV曲线没有明显的氧化还原峰，显示出电容电荷存储行为通常，MnO2−x比MnO2表现出更大的面积5 mV s−1时的电容可达到180.68 F g−1。MnO2−x的最大脱盐容量为61 mg g−1，优于MnO2电极。MnO2−x的最大脱盐速率 (4 mg g−1 min−1)是MnO2电极的两倍以上。

MnO2−x电极的主要电容贡献占总容量的60%，而MnO2电极仅占48%。较高的电容贡献有助于加速离子扩散和优化HCDI性能。EIS显示MnO2−x电极比MnO2电极呈现更小的半圆形，这意味着MnO2−x电极中的电荷扩散电阻更低。MnO2−x电极在低频区域的直线也表明离子在MnO2−x电极中的扩散电阻较小。不同电压下的原位拉曼光谱说明HCDI过程伴随着Mn元素的氧化还原。ν3峰在淡化部分也表现出逐渐减弱的峰值强度，并在再生后恢复到原始值。这种变化可以归因于隧道中原子间相互作用的改变，这表明了离子插层机理

DFT结果验证了MnO2−x中O空位和Mn原子的原子级给-受体偶的形成。MnO2−x的Na+扩散能垒更低，为0.39 eV，表明MnO2−x的Na+扩散电阻降低。离子在MnO2中只能沿粒子间空间扩散。而具有O空位缺陷的MnO2−x则表现出丰富的O空位和Mn原子的原子级给-受体偶对，从而诱导产生额外的LEF以促进离子扩散。因此，离子在MnO2−x中可以有效地通过粒子间空间和粒子表面扩散，显著提高了HCDI性能。

总结与展望

综上所述，通过在MnO2−x中构建O空位和Mn原子的给-受体偶来构建原子水平的LEF，所得到的LEF有效地促进了离子扩散动力学，从而提高了HCDI性能。制备的MnO2−x表现出增强的SRC为61 mg g−1，更好的SRR为4 mg g−1 min−1。该工作不仅对LEF在HCDI应用中增强SRC、SRR和充电效率的作用提供了新的认识，而且为设计高负载质量应用的先进电极材料铺平了道路。

环材有料为广大环境材料开发研究领域的专家学者、研发人员提供信息交流分享平台，我们组建了环境材料热点领域的专业交流群，欢迎广大学者和硕博学生加入。

进群方式：扫下方二维码添加小编为好友，邀请入群。请备注：名字-单位-研究方向。