近日，哈爾濱工業(yè)大學袁國輝課題組與河北農(nóng)業(yè)大學劉榮副教授、貝特瑞新材料集團股份有限公司黃友元博士合作，通過氧化還原和退火處理等策略設計并制備了鉍摻雜的二氧化錳（BMO-6）材料用于鋅離子電池，該材料具備以下的優(yōu)點：i）鉍能夠與氧形成Bi-O鍵，增強BMO-6的結構穩(wěn)定性；ii）鉍能有效地扭曲氧的電子云分布，減弱鋅離子與氧之間的相互作用力，有利于鋅離子的快速嵌入/脫出過程；iii）鉍摻雜縮小了BMO-6的帶隙，加快了電荷傳輸，提高了材料的電子導電性。通過XRD精修、DFT理論計算和非原位XRD表征分析了材料的結構和能量存儲機理，證實了高度可逆的鋅離子/氫離子共同嵌入/脫出的能量存儲機理。作為鋅離子電池的正極材料時，BMO-6表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，其比容量達到365 mAh·g?1（電流密度0.1 A·g?1）、循環(huán)10000周后容量保持率為93%，電流密度1.0 A·g?1時容量仍達到192 mAh·g?1，表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率性能。BMO-6制備的柔性鋅離子電池，在多種彎折狀態(tài)下依然表現(xiàn)出令人滿意的電化學性能。上述研究結果發(fā)表在國際頂級期刊Energy Storage Materials上，哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院博士研究生馬煜、徐銘為共同作者。

隧道型α-MnO2由于具有理想的理論比容量、高電壓平臺、合成工藝簡單、成本低等諸多優(yōu)點而被寄予厚望。然而，在鋅離子/氫離子的嵌入過程中，α-MnO2通常會發(fā)生不穩(wěn)定的相轉(zhuǎn)變，結構穩(wěn)定性差。此外，α-MnO2差的電子導電性和緩慢的鋅離子嵌入/脫出過程，導致反應動力學緩慢。本研究采用鉍對α-MnO2進行摻雜，形成Bi-O鍵，穩(wěn)定了BMO-6的晶體結構，提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。鉍摻雜扭曲了氧的電子云分布，減小了鋅離子與氧之間的相互作用力，加速了鋅離子的可逆嵌入/脫出過程，提升了BMO-6的比容量。鉍摻雜使BMO-6的帶隙變窄，促進了電荷傳輸，改善了材料的倍率性能。

作者通過氧化還原和退火處理的方法，合成出粒徑約為50 nm的BMO-6顆粒。XPS全譜中探測到的Bi 4f特征峰和Mn 2p XPS精細譜中錳價態(tài)的降低，證實了鉍在α-MnO2的成功摻雜。TEM和XRD測試結果表明，鉍摻雜擴大了材料（211）晶面的層間距。575和622 cm-1的拉曼特征峰對應的是（2×2）隧道型MnO2中的Mn-O對稱伸縮振動，表明鉍摻雜沒有改變α-MnO2的隧道結構