Overscreening-Driven Modulation of Ion Adsorption and Desorption in Conductive MOF Electrodes by Charging Rates

石英晶体微天平 材料科学 化学物理 电极 吸附 离子 解吸 电化学 超级电容器 纳米技术 导电体 电容 极化(电化学) 化学工程 化学 复合材料 物理化学 工程类 有机化学
作者
Liang Niu,Liang Zeng,Yu Ding,Situo Cheng,Guang Feng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (2): 2581-2590 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14258
摘要

Elucidating the charging mechanism plays an intrinsic and critical role in the development of high-performance supercapacitors; however, a deep understanding of how this mechanism varies under different charging rates remains challenging. In this study, we investigate the charging mechanism of conductive metal-organic framework (c-MOF) electrodes in ionic liquids, combining electrochemical quartz crystal microbalance and constant-potential molecular dynamics simulations. Both experimental and modeling results reveal a transition of the ion adsorption and desorption modes from anion dominance at low charging rates to ion-exchange governance at high charging rates, significantly reducing the contribution of anions to the capacitance. The dynamic structures of in-pore ions suggest that this transition stems from variations in the overscreening strength, which leads to different ion responses between the central and surface regions of c-MOF pores under polarization. This work could lay the foundation for optimizing supercapacitor design, especially under high charging rates.
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