哈工大黄燕/于淼AM：具有氧化还原活性封端基团的MBene材料用于高能水系电池

由于具有高比面积、高化学活性和快速的载流子迁移率的特性，二维（2D）过渡金属硼化物（MBenes）作为二维材料家族的新成员，在电催化和储能领域具有广阔的应用前景。虽然此前已经报道了多种类型的MBenes，但尚未合成出具有氧化还原活性端基的层状MBenes。

在此，哈尔滨工业大学黄燕、于淼等人通过一种简便、节能的熔融盐刻蚀的方法合成了具有电化学活性端基的MBenes-Br材料，并作为碘物种的宿主材料应用于水系锌离子电池，基于I–/I₀和Br–/Br₀级联反应机制，I₂@MBene-Br获得了高的能量输出。在0.4–1.6 V内，基于I–/I₀的转化反应机制，I₂@MBene-Br在25 A/g的电流密度下可以稳定循环220000圈。在0.4–2.1 V内，基于Br–/Br₀的转化反应机制，MBene-Br正极在1 A/g的电流密度下，可以提供143.8 mAh/g的放电比容量。进而，在0.4–2.1 V内，I₂@MBene-Br正极在899.7 W kg^–1时可获得485.8 Wh kg^–1的能量密度，在180.2 Wh kg^–1时可获得6007.7 W kg^–1的功率密度，远远超过了当前Zn||I₂电池的最佳报道。

图1. I₂@MBene-Br正极在0.4-1.6 V和MBene-Br正极在0.4-2.1 V的电化学性能

总之，该工作首次使用CuBr₂熔融盐刻蚀剂设计并合成了一种具有有序金属空位和-Br电化学活性表面官能团的MBene-Br材料，同时构建了基于I–/I₀和Br–/Br₀级联反应的高能水系Zn||I₂电池，并且其电池性能优于所有报道的水系Zn||I₂电池和大多数其他正极材料类型的锌离子电池。因此，该项工作突破了传统MBenes只能合成具有非电化学活性官能团的局限，并为合成具有其他类型活性官能团（如-I、-S和-Se）的MBenes提供了一个新的视角。此外，基于材料的结构特征构建级联反应的概念为构建其他高能量电池体系（如Br、S、Se、P等）铺平了道路。

图2. 水系Zn||I₂@MBene-Br级联电池在0.4-2.1 V内的电化学性能

MBene with Redox-Active Terminal Groups for An Energy-Dense Cascade Aqueous Battery, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202311914

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