Sub‐Nanometer Confined Ions and Solvent Molecules Intercalation Capacitance in Microslits of 2D Materials

材料科学 插层(化学) 离子 溶剂化壳 电容 石墨烯 化学物理 电化学 密度泛函理论 溶剂化 分子 微分电容 溶剂 无机化学 纳米技术 化学 计算化学 物理化学 电极 有机化学
作者
Yaqing Guo,Xufeng Hong,Yaqiong Su,Wen Luo,Ruohan Yu,Jinsong Wu,Emiel J. M. Hensen,Liqiang Mai,Yuan‐Cheng Cao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (49) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/smll.202104649
摘要

The ion intercalation behavior in 2D materials is widely applied in energy storage, electrocatalysis, and desalination. However, the detailed effect of ions on the performance, combining the influence of interlayer force and the change of solvent shell, is far less well understood. Here the solvated alkali metal ions with different sizes are intercalated into the lattice of 2D materials with different spacings (Ti3 C2 Tx , δ-MnO2 , and reduced graphene oxide) to construct the intercalation model related with sub-nanometer confined ions and solvent molecules to further understand the intercalation capacitance. Based on electrochemical methods and density functional theory calculation, the ions lose the electrostatic shielding solvent shell or shorten the distance between the layers, resulting in a significant increase in capacitance. It is found that the intercalation capacitance arises from the diffusion of solvated ions and is controlled by quantum and electrochemical capacitance for desolvated ions. This effect of solvation structure on performance can be applied in a variety of electrochemical interface studies and provides a new research view for energy storage mechanisms.
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