微波条件下强固体酸催化快速高效合成外消旋 Baloxavir
在水系锌离子电池中通过铵离子扩大碳包覆氧化钒的层间距以实现快速的电化学动力学
近年来，水系锌离子电池（AZIBs）因其生态友好、价格低廉、安全性高和可逆存储等优点，有望成为未来的储能系统。然而，比容量低和缺乏长寿命的正极材料严重限制了AZIBs的发展。本文采用微波辅助溶剂热法快速合成了纳米花状的氧化钒纳米带，随后通过在NH3气氛中高温煅烧，用铵离子扩大了合成纳米带的层间距。氧化钒层间距的增加促进了Zn2+的嵌入/脱出，加速了电化学动力学，导致了高度可逆的赝电容贡献（在1 mV s-1的扫描速率下为71%）。嵌入铵的V2O5与碳包覆的NH4V4O10/C（NHVO/C）正极表现出高比容量（在0.1 A g-1时为458.6 mAh g-1）和优异的循环稳定性（在10 A g-1下循环2800次后容量保持率约为90%），优于大多数AZIBs的正极材料。此外，通过原位和非原位材料表征阐明了在电化学反应过程中NHVO/C正极中可逆的Zn2+嵌入/脱出。这些发现有望为商业应用中绿色、安全和可靠的储能设备的先进钒基正极材料的开发提供启发。
近年来，水系锌离子电池（AZIBs）因其生态友好、价格低廉、安全性高和可逆存储等优点，有望成为未来的储能系统。然而，比容量低和缺乏长寿命的正极材料严重限制了AZIBs的发展。本文采用微波辅助溶剂热法快速合成了纳米花状的氧化钒纳米带，随后通过在NH3气氛中高温煅烧，用铵离子扩大了合成纳米带的层间距。氧化钒层间距的增加促进了Zn2+的嵌入/脱出，加速了电化学动力学，导致了高度可逆的赝电容贡献（在1 mV s-1的扫描速率下为71%）。嵌入铵的V2O5与碳包覆的NH4V4O10/C（NHVO/C）正极表现出高比容量（在0.1 A g-1时为458.6 mAh g-1）和优异的循环稳定性（在10 A g-1下循环2800次后容量保持率约为90%），优于大多数AZIBs的正极材料。此外，通过原位和非原位材料表征阐明了在电化学反应过程中NHVO/C正极中可逆的Zn2+嵌入/脱出。这些发现有望为商业应用中绿色、安全和可靠的储能设备的先进钒基正极材料的开发提供启发。
1. 引言
能源消耗和环境恶化是当今世界面临的两大主要问题。这些问题促使了包括生物质能、太阳能、海洋能等在内的可再生清洁能源的发展。储能系统对于实现和确保能源的收集、存储和运输至关重要。在众多储能系统中，包括超级电容器和燃料电池，锂离子电池（LIBs）由于其高能量密度、高电荷保留能力和长循环寿命，常用于智能设备和电动交通。然而，安全问题，包括燃烧甚至爆炸、高成本、环境污染和有限的锂资源，阻碍了LIBs的发展。
近年来，锌离子电池（ZIBs）因其高理论容量（820 mAh g-1）、低成本、丰富的储量、生态友好、高安全性和高可靠性，作为LIBs的替代品展现出了巨大的潜力。在过去的几年里，研究人员致力于探索ZIBs的稳定正极材料，包括锰基化合物、钒基化合物、普鲁士蓝类似物和有机聚合物材料。然而，锰氧化物的复杂结构、反应中不可逆的相变、低比容量（<100 mAh g-1）、普鲁士蓝类似物的倍增能力以及大多数过渡金属化合物的低电导率，以及在循环过程中形成的可溶解材料导致容量迅速下降，严重限制了这些材料的大规模应用。
钒氧化物因其优异的电化学性能、高元素储量和低价格而成为ZIBs的重要正极材料。钒氧化物具有多种价态，经历多种氧化还原反应，并有多种晶体结构，如孔状、层状和开放框架。迄今为止，各种钒氧化物，如V2O5、VO2、V4O9、H0.642V2O5·0.143H2O、CuV2O6和Al - VOH，已被设计为Zn2+的主体材料。然而，大多数钒氧化物由于放电电压低、相变、在反复充放电循环中阳极溶解以及复杂的储能机制，能量密度有限。为了解决这些问题，研究人员试图通过开发多孔和纳米结构、使用碳复合材料和调整层间距来增强材料扩散动力学并提高钒氧化物正极的结构稳定性。
在本研究中，通过微波辅助溶剂热法和随后的煅烧成功合成了具有碳涂层的铵嵌入V2O5纳米带（NHVO/C）。具体而言，嵌入的铵作为支柱结构，防止结构在循环过程中坍塌，并促进Zn2+的嵌入/脱嵌，加速电化学动力学，从而实现优异的倍率性能。因此，具有NHVO/C正极的ZIB在0.1 A g-1时显示出458.6 mAh g-1的高容量。此外，该正极的稳定性即使在10 A g-1时也非常出色，获得了173.6 mAh g-1的最大容量，并在2800次循环后保持其初始容量的90%。这项工作为设计具有高比容量和循环稳定性的ZIB正极材料提供了新的参考，为安全、低成本和可持续的储能设备的快速大规模发展提供了可能性
能源消耗和环境恶化是当今世界面临的两大主要问题。这些问题促使了包括生物质能、太阳能、海洋能等在内的可再生清洁能源的发展。储能系统对于实现和确保能源的收集、存储和运输至关重要。在众多储能系统中，包括超级电容器和燃料电池，锂离子电池（LIBs）由于其高能量密度、高电荷保留能力和长循环寿命，常用于智能设备和电动交通。然而，安全问题，包括燃烧甚至爆炸、高成本、环境污染和有限的锂资源，阻碍了LIBs的发展。
近年来，锌离子电池（ZIBs）因其高理论容量（820 mAh g-1）、低成本、丰富的储量、生态友好、高安全性和高可靠性，作为LIBs的替代品展现出了巨大的潜力。在过去的几年里，研究人员致力于探索ZIBs的稳定正极材料，包括锰基化合物、钒基化合物、普鲁士蓝类似物和有机聚合物材料。然而，锰氧化物的复杂结构、反应中不可逆的相变、低比容量（<100 mAh g-1）、普鲁士蓝类似物的倍增能力以及大多数过渡金属化合物的低电导率，以及在循环过程中形成的可溶解材料导致容量迅速下降，严重限制了这些材料的大规模应用。
钒氧化物因其优异的电化学性能、高元素储量和低价格而成为ZIBs的重要正极材料。钒氧化物具有多种价态，经历多种氧化还原反应，并有多种晶体结构，如孔状、层状和开放框架。迄今为止，各种钒氧化物，如V2O5、VO2、V4O9、H0.642V2O5·0.143H2O、CuV2O6和Al - VOH，已被设计为Zn2+的主体材料。然而，大多数钒氧化物由于放电电压低、相变、在反复充放电循环中阳极溶解以及复杂的储能机制，能量密度有限。为了解决这些问题，研究人员试图通过开发多孔和纳米结构、使用碳复合材料和调整层间距来增强材料扩散动力学并提高钒氧化物正极的结构稳定性。
在本研究中，通过微波辅助溶剂热法和随后的煅烧成功合成了具有碳涂层的铵嵌入V2O5纳米带（NHVO/C）。具体而言，嵌入的铵作为支柱结构，防止结构在循环过程中坍塌，并促进Zn2+的嵌入/脱嵌，加速电化学动力学，从而实现优异的倍率性能。因此，具有NHVO/C正极的ZIB在0.1 A g-1时显示出458.6 mAh g-1的高容量。此外，该正极的稳定性即使在10 A g-1时也非常出色，获得了173.6 mAh g-1的最大容量，并在2800次循环后保持其初始容量的90%。这项工作为设计具有高比容量和循环稳定性的ZIB正极材料提供了新的参考，为安全、低成本和可持续的储能设备的快速大规模发展提供了可能性
