Mesoporous Cubic Nanocages Assembled by Coupled Monolayers With 100% Theoretical Capacity and Robust Cycling

纳米笼 介孔材料 单层 材料科学 纳米技术 自行车 化学工程 化学 有机化学 考古 工程类 历史 催化作用
作者
Guangtao Zan,Shanqing Li,Ping Chen,Kangze Dong,Qingsheng Wu,Tong Wu
出处
期刊:ACS central science [American Chemical Society]
卷期号:10 (6): 1283-1294 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acscentsci.4c00345
摘要

High capacity and long cycling often conflict with each other in electrode materials. Despite extensive efforts in structural design, it remains challenging to simultaneously achieve dual high electrochemical properties. In this study, we prepared brand-new completely uniform mesoporous cubic-cages assembled by large d-spacing Ni(OH)2 coupled monolayers intercalated with VO43– (NiCMCs) using a biomimetic approach. Such unique mesoporous structural configuration results in an almost full atomic exposure with an amazing specific surface area of 505 m2/g and atomic utilization efficiency close to the theoretical limit, which is the highest value and far surpasses all of the reported Ni(OH)2. Thus, a breakthrough in simultaneously attaining high capacity approaching the 100% theoretical value and robust cycling of 10,000 cycles is achieved, setting a new precedent in achieving double-high attributes. When combined with high-performance Bi2O3 hexagonal nanotubes, the resulting aqueous battery exhibits an ultrahigh energy density of 115 Wh/kg and an outstanding power density of 9.5 kW/kg among the same kind. Characterizations and simulations reveal the important role of large interlayer spacing intercalation units and mesoporous cages for excellent electrochemical thermodynamics and kinetics. This work represents a milestone in developing "double-high" electrode materials, pointing in the direction for related research and paving the way for their practical application.
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