山东大学吴昊教授课题组AEM：同源MXene衍生电极，高性能钾离子电池全电池

同源MXene衍生电极，高性能钾离子电池全电池

第一作者：孙兰菊

通讯作者：吴昊*

单位：山东大学

由于钾元素储量丰富（约为锂的850倍）且氧化还原电位较低（与锂接近），因此钾离子电池被视为下一代储能系统的重要组成之一，其电极材料的研发也备受关注。研究表明，由金属离子/团簇与有机配体通过共价键连接组成的金属有机骨架（MOF）是一类极具潜力的电极材料。但MOF节点处的原子通常为饱和配位，导致了较低的钾离子吸附能，从而极大地限制了其应用。

基于此，山东大学吴昊教授课题组等人提出了一种解锁部分MOF节点的策略，用于提高钾离子吸附能，从而实现钾离子存储容量的大幅提升。采用同源的MXene制备了高性能钾离子电池正极和负极材料，并组装钾离子全电池，展现出高能量密度和功率密度，推进了新储能系统的发展。该成果以“Homologous MXene-Derived Electrodes for Potassium-Ion Full Batteries”为题发表在国际著名期刊Advanced Energy Materials上，并被选为封底。

要点一：解锁MOF节点

采用二维金属碳化钒MXene作为前驱体制备了MOF纳米片，TGA-MS用于解决NMD-MOF的解锁条件。密度泛函理论（DFT）计算表明，未锁定位置具有比原始位置显著提高的K⁺吸附能。因此，NMD-MOF表现出比MD-MOF高得多的容量。此外，由于完整的π共轭链段、主导的电容控制动力学和促进电荷转移，NMD-MOF获得了出色的倍率性能和循环稳定性。

要点二：同源MXene电极

此外，采用同源MXene衍生的钾离子插层的氧化钒纳米带（MD-KVO）作为正极组装PIB，与NMD-MOF负极具有良好的兼容性、良好的容量和较高的能量密度，在50 mA g⁻¹时具有63 mA h g⁻¹的令人鼓舞的容量，以及高能量(143Wh kg⁻¹)和高功率密度(440 W kg⁻¹)。

Homologous MXene-Derived Electrodes for Potassium-Ion Full Batteries

http://doi.org/10.1002/aenm.202200113

吴昊  教授  

前沿交叉科学青岛研究院教授，博士生导师，山东省高层次人才，入选山东大学“齐鲁青年学者”第一层次。2016年于复旦大学获博士学位，并荣获复旦大学“优秀毕业生”，导师为郑耿锋教授。2016.11-2020.09曾先后在新加坡国立大学（合作导师：Ghim Wei Ho教授）和阿卜杜拉国王科技大学（合作导师：Husam N. Alshareef教授）从事博士后研究员工作。目前主要从事功能纳米材料的设计及其电化学催化和能量转化研究工作，致力于在原子和分子尺度对功能材料的结构、界面以及电子结构进行调控，探索制备新策略，以及MXene基复合材料以及杂化材料体系的相关研究。以第一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.（5篇）以及InfoMat等权威期刊上发表系列文章，获评Nano Research“年度Top Paper” 论文1篇。曾担任国际期刊"Research and Application of Materials Science"编委。