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層狀釩氧化物的電化學性能通常通過將客體物質引入其夾層來改善。需要在夾層中具有高穩定性且在充電/放電過程中與Zn²⁺相互作用較弱的客體物種來促進可逆的Zn²⁺轉移。

南開大學陳軍、牛志強等人開發了一種通用補償策略，通過替換部分結晶水將各種極性有機分子引入到 Al_xV₂O₅·nH₂O (AlVO-H₂O)的夾層中。

有機分子中的高極性基團與預先嵌入的Al³⁺具有很強的靜電吸引力，確保有機分子可以錨定在水合釩酸鹽的夾層中。同時，低極性基團賦予有機分子在循環過程中與Zn²⁺的弱相互作用，從而實現可逆的Zn²⁺轉移。

圖1 材料制備及表征

因此，具有極性有機分子的Al_xV₂O₅顯示出增強的電化學性能。此外，基于上述正極材料，通過進一步與無枝晶的N摻雜碳納米纖維@Zn負極集成組裝了軟包電池，其能量密度為50 Wh kg^-1。

該工作為設計穩定的客體物種提供了一條途徑，該客體物種與層狀氧化釩中間層中的Zn²⁺相互作用較弱，可用于水系鋅電池的高性能正極材料。

圖2 電化學性能

A Universal Compensation Strategy to Anchor Polar Organic Molecules in Bilayered Hydrated Vanadates for Promoting Aqueous Zinc-Ion Storage. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102701

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陳軍/牛志強AM：在雙層水合釩酸鹽中錨定極性有機分子促進水系鋅離子存儲

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