黄燕于淼：具有氧化还原活性封端基团MBene材料用于高能水系电池

黄燕、于淼等人通过熔融盐刻蚀法合成具有氧化还原活性端基的MBene-Br材料，并应用于高能水系锌离子电池，实现了优异的电化学性能。具体研究内容如下：研究背景二维过渡金属硼化物（MBenes）因高比表面积、高化学活性和快速载流子迁移率，在电催化和储能领域潜力巨大。但此前尚未合成出具有氧化还原活性端基的层状MBenes，限制了其应用。材料合成方法哈尔滨工业大学黄燕、于淼等人采用简便、节能的熔融盐刻蚀法，以CuBr?为刻蚀剂，成功合成具有电化学活性端基的MBene-Br材料。该方法突破了传统MBenes只能合成非电化学活性官能团的局限，为合成其他活性官能团（如-I、-S、-Se）的MBenes提供了新思路。材料特性MBene-Br材料具有有序金属空位和-Br电化学活性表面官能团，这些特性使其能够作为碘物种的宿主材料，并参与氧化还原反应。电池设计与反应机制将I?负载到MBene-Br上形成I?@MBene-Br正极，应用于水系锌离子电池（Zn||I?电池）。电池基于I?/I?和Br?/Br?级联反应机制工作：在0.4–1.6 V电压范围内，基于I?/I?转化反应，I?@MBene-Br在25 A/g电流密度下可稳定循环220,000圈。在0.4–2.1 V电压范围内，基于Br?/Br?转化反应，MBene-Br正极在1 A/g电流密度下提供143.8 mAh/g的放电比容量。电池性能I?@MBene-Br正极在0.4–2.1 V电压范围内表现出色：在899.7 W/kg功率密度下，能量密度达485.8 Wh/kg。在180.2 Wh/kg能量密度下，功率密度高达6007.7 W/kg。该性能远超当前所有报道的水系Zn||I?电池及大多数其他正极材料类型的锌离子电池。研究意义该工作首次构建了基于I?/I?和Br?/Br?级联反应的高能水系Zn||I?电池，为高能量密度电池体系的设计提供了新范式。基于材料结构特征构建级联反应的概念，可推广至其他高能量电池体系（如Br、S、Se、P等），为未来电池技术发展铺平了道路。研究结论：黄燕、于淼等人的研究通过创新性的熔融盐刻蚀法合成了具有氧化还原活性端基的MBene-Br材料，并成功应用于高能水系锌离子电池。该电池基于级联反应机制实现了优异的能量密度和功率密度，为下一代高能量电池体系的设计提供了重要参考。