Nanostructured conversion-type anode materials of metal-organic framework-derived spinel XMn2O4 (X = Zn, Co, Cu, Ni) to boost lithium storage

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作者
Xiaoke Zhang,Yanhua Peng,Chenghui Zeng,Zhi Lin,Yuling Zhang,Zhenyu Wu,Xuan Xu,Xiaoming Lin,Akif Zeb,Yongbo Wu,Lei Hu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:643: 502-515 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.042
摘要

Bimetallic spinel transition metal oxides play a major part in actualizing eco-friendly electrochemical energy storage systems (ESSs). However, structural precariousness and low electrochemical capacitance restrict their actual implementation in lithium-ion batteries (LIBs). To address these demerits, the sacrificial template approach has been considered as a prospective way to strengthen electrochemical stability and rate performance. Herein, metal-organic frameworks (MOFs) derived XMn2O4-BDC (H2BDC = 1,4-dicarboxybenzene, X = Zn, Co, Cu, Ni) are prepared by a hydrothermal approach in order to discover the effects of various metal cations on the electrochemical performance. Among them, ZnMn2O4-BDC displays best electrochemical properties (1321.5 mAh g-1 at the current density of 0.1 A g-1 after 300 cycles) and high efficiency with accelerated Li+ diffusivity. Density functional theory (DFT) calculations confirm the ZnMn2O4 possesses the weakest adsorption energy on Li+ with a minimized value of -0.92 eV. In comparison with other XMn2O4 through traditional fabrication method, MOF-derived XMn2O4-BDC possesses a higher number of Li+ transport channels and better electric conductivity. This tactic provides a feasible and effective method for preparing bimetallic transition metal oxides and enhances energy storage applications.
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