Ultrathin Manganese-Based Metal–Organic Framework Nanosheets: Low-Cost and Energy-Dense Lithium Storage Anodes with the Coexistence of Metal and Ligand Redox Activities

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作者
Chao Li,Xiaoshi Hu,Wei Tong,Wensheng Yan,Xiaobing Lou,Ming Shen,Bingwen Hu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (35): 29829-29838 被引量:142
标识
DOI:10.1021/acsami.7b09363
摘要

We herein demonstrate the fabrication of Mn- and Ni-based ultrathin metal-organic framework nanosheets with the same coordination mode (termed "Mn-UMOFNs" and "Ni-UMOFNs", respectively) through an expedient and versatile ultrasonic approach and scrutinize their electrochemical properties as anode materials for rechargeable lithium batteries for the first time. The obtained Mn-UMOFNs with structure advantages over Ni-UMOFNs (thinner nanosheets, smaller metal-ion radius, higher specific surface area) exhibit high reversible capacity (1187 mAh g-1 at 100 mA g-1 for 100 cycles), excellent rate capability (701 mAh g-1 even at 2 A g-1), rapid Li+ diffusion coefficient (2.48 × 10-9 cm2 s-1), and a reasonable charge-discharge profile with low average operating potential at 0.4 V. On the grounds of the low-cost and environmental benignity of Mn metals and terephthalic acid linkers, our Mn-UMOFNs show alluring promise as a low-cost high-energy anode material for future LIBs. Furthermore, the lithiation-delithiation chemistry of Mn-UMOFNs was unequivocally studied by a combination of magnetic measurements, electron paramagnetic resonance, and synchrotron-based soft X-ray spectroscopy (O K-edge and Mn L-edge) experiments, the results of which substantiate that both the aromatic chelating ligands and the Mn2+ centers participate in lithium storage.
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