Enhanced Al‐Storage Performance by Electronic Properties Optimization and Structural Customization in MOF‐Derived Heterostructure

材料科学 阴极 异质结 法拉第效率 硫系化合物 电子转移 电化学 电化学动力学 氧化还原 电极 光电子学 纳米技术 化学工程 化学物理 光化学 物理化学 工程类 化学 冶金 物理
作者
Rongkai Kang,Yiqun Du,Dongmei Zhang,Chenyi Sun,Han Wang,Xingchang Zhang,Jiaqi Wan,Guowen Chen,Jianxin Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (25) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202315603
摘要

Abstract Chalcogenide cathodes with multi‐electron transfer characteristics are indispensable to aluminum‐ion batteries (AIBs). Nevertheless, their grievous capacity degradation and sluggish reaction kinetics remain fundamental challenges for the practical application. Herein, a Cu 2 S/Ni 3 S 2 multiphase structure within the metal‐organic frame (MOF) derived carbon decoration layer (CNS@MC) is constructed to elevate the intrinsic electronic properties of chalcogenide cathode and realize high‐performance AIBs. The existence of outer carbon layer and strong orbital interaction at inner heterointerfaces eliminates the bandgap and arises more electrons at Fermi level, efficiently reducing the energy barrier for electron transfer and achieving high reactivity within cathodes. The CNS@MC also presents a strong electronic interaction with active solvent groups, which is beneficial to capture Al 3+ and facilitate the three‐electron charge‐storage reactions. Experimental results demonstrate that the tailored CNS@MC cathode possesses superior redox kinetics due to the sufficient surface area and rapid Al‐ion diffusion during cycling. Meanwhile, the robust CNS@MC delivers ultra‐high electrochemical stability (131.1 mAh g −1 over 3500 cycles) with high coulombic efficiency and outstanding rate performance. This work offers new opportunities for optimizing the intrinsic properties of the chalcogenide electrodes based on MOF derivatives and heterostructure, providing novel thoughts for designing high‐performance AIBs.
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