MOFs衍生氮掺杂多级多孔碳用于高性能锌碘电池
周文1
贾德东2
沈泽龙1
桑元华3
何孝军1
1.安徽工业大学 化学与化工学院,安徽 马鞍山 2430022.安徽工业大学 化学与化工学院,安徽 马鞍山 243002;山东大学 晶体材料国家重点实验室,山东 济南 2501003.山东大学 晶体材料国家重点实验室,山东 济南 250100
摘要：多碘化合物的溶解所导致的穿梭效应是制约锌-碘电池(Zn-I2)性能的关键问题.作为Zn-I2 电池重要的电极材料之一,多孔碳材料的孔结构和表面化学组成会显著影响Zn-I2 电池的性能.采用机械球磨的方法,以纳米氧化锌为模板和金属离子源实现了百克级ZIF-8@ZnO的制备,借助纳米ZnO的物理限域作用和ZIF-8 中丰富的微孔及高氮含量,高温热解后获得了大量介孔和微孔共存的N掺杂多孔碳(记为NC-x,x为热解温度).将NC-x应用于电解质Zn-I2 电池,详细研究了其孔结构、N掺杂种类和原子数量百分比等对Zn-I2 电池性能的影响:介孔可以缩短电解质的扩散路径,并有效存储所产生的多碘化物,而微孔可以高效吸附I-并抑制I3-的生成;石墨氮能够显著提高导电性,吡啶氮和吡咯氮作为化学吸附点,增强了碘物种与碳材料之间的作用力,有效抑制穿梭效应.得益于最优的孔结构、掺杂 N类型和含量,NC-1000 表现出最佳的电化学性能:高容量(1 A/g时为248.6 mAh/g)、出色的倍率性能(在 20 A/g时保持 86.1 mAh/g),和优异的循环稳定性(10 A/g下16 000 次循环后具有 90%容量保持率).综上所述,通过合理的孔径设计和表面组成调控,可以显著提高多孔碳基Zn-I2 电池的性能.
关键词：MOFs衍生碳氮掺杂多级孔锌碘电池正极材料
分类号：O646(物理化学（理论化学）、化学物理学)
资助基金：国家自然科学基金(52372037)安徽省自然科学基金资助项目(2408085MB032)山东大学晶体材料国家重点实验室开放课题资助项目(KF2403)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-17（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 243-252 )
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