铈掺杂NH4 V4 O10 纳米片锚定碳布：高性能锌离子电池正极材料的突破

　　为解决锌离子电池（AZIBs）正极材料动力学缓慢和结构不稳定的问题，研究人员通过一步水热法合成铈掺杂NH4 V4 O10 纳米片（CeNVO@CC），显著提升Zn2+ 迁移速率和循环稳定性。该材料在0.1 A g?1 下实现966.6 mAh g?1 的高容量，5000次循环后仍保持230.55 mAh g?1 ，为AZIBs商业化提供新思路。

　　

随着全球对清洁能源需求的增长，锂离子电池（LIBs）因其高能量密度成为主流储能技术，但其易燃电解质和锂资源稀缺问题制约了可持续发展。相比之下，水性锌离子电池（AZIBs）凭借安全性高、成本低和环境友好等优势成为研究热点。然而，AZIBs的发展面临正极材料选择有限、Zn²⁺
嵌入/脱嵌动力学缓慢以及结构坍塌等挑战。钒基材料（如NH₄
V₄
O₁₀
，NVO）虽具有开放框架结构和高理论容量，但层间NH₄
⁺
的不可逆脱嵌和静电排斥效应导致循环性能恶化。

针对上述问题，国内研究人员通过一步水热法设计了一种铈掺杂NVO纳米片锚定碳布（CeNVO@CC）的复合正极材料。该研究发表在《Journal of Colloid and Interface Science》上，通过调控材料形貌和电子结构，实现了Zn²⁺
的高效传输和结构稳定化。

关键技术方法

1. 水热合成法：以NH₄
   NO₃
   、H₂
   C₂
   O₄
   和Ce(NO₃
   )₃
   为前驱体，在碳布上直接生长CeNVO纳米片。
2. 结构表征：X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）确认材料晶型和纳米花状形貌。
3. 电化学测试：通过循环伏安法（CV）和恒电流充放电评估容量与循环稳定性。

研究结果

1. 材料合成与结构分析：CeNVO@CC保持NVO的单斜晶系结构（空间群C2/m），铈掺杂未引入杂质相但显著扩大层间距（0.98 nm→1.12 nm）。
2. 形貌与界面效应：纳米片组装的“花状”结构提供丰富活性位点，碳布的3D导电网络加速电子传输。
3. 电化学性能：在0.1 A g^?1
   下放电容量达966.6 mAh g^?1
   ，5 A g^?1
   下5000次循环后容量保持率高达82.3%，优于未掺杂样品（NVO@CC）。
4. 机理研究：Ce³⁺
   作为层间支柱抑制NH₄
   ⁺
   流失，其氧化还原特性（Ce³⁺
   /Ce⁴⁺
   ）协同提升电子传导，氧空位进一步降低Zn²⁺
   迁移能垒。

结论与意义
该研究通过铈掺杂和碳基载体协同策略，解决了AZIBs正极材料的关键瓶颈。CeNVO@CC的优异性能源于：1）扩大的层间距促进Zn²⁺
扩散；2）Ce³⁺
稳定层状结构并减少钒溶解（电解液中V浓度降低59%）；3）碳布缓解体积应变。这一成果为设计高性能AZIBs正极提供了新思路，推动其在大规模储能中的应用。作者Luyao Pan、Yangang Sun等强调，未来可探索其他稀土元素掺杂以优化材料性能。