Orbital‐Modulated Cu‐Doped VO 2 Nanoflowers via Glucose‐Assisted Synthesis: Structural Optimization and Electronic Coupling Engineering for High‐Capacity Aqueous Aluminum Ion Batteries

材料科学 氧化钒 电化学 电子转移 化学工程 纳米技术 无机化学 物理化学 化学 电极 冶金 工程类
作者
Zhibao Wang,Hanqing Gu,Zhanyu Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (26): e2503861-e2503861 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202503861
摘要

Abstract Vanadium oxide cathode materials in aqueous aluminum‐ion batteries (AAIBs) have an exceptional potential for development because of their high valence and fast electron transfer capability. However, the strong electron–electron Coulomb repulsion in vanadium and its associated electrostatic interactions severely hinder the feasibility of vanadium oxides in AAIBs. The glucose‐assisted hydrothermal reduction of monoclinic VO 2 combined with Cu ion doping effectively promotes the self‐assembly of VO 2 into nanoflower architectures, enabling precise control over morphology and crystalline structure. When integrated with a 5 m Al(OTF) 3 electrolyte and an Ionic liquid (IL )‐treated Al sheet anode, this full battery demonstrates outstanding electrochemical performance, achieving an initial discharge capacity of 642 mAh·g −1 at 0.4 A·g −1 . Moreover, introducing Cu 3d orbitals effectively enhances the hybridization and electronic coupling effects between the V 3d and O 2p orbitals. Ex situ characterization and diffusion kinetic provide insights into the embedding/de‐embedding mechanism of Al 3+ . This work significantly improves the application potential of VO 2 in AAIBs through structural optimization and mechanism studies and provides systematic scientific guidance for the development of vanadium oxide cathode materials.
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