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Accelerated Ionic and Charge Transfer through Atomic Interfacial Electric Fields for Superior Sodium Storage

电场 材料科学 离子键合 化学物理 石墨烯 离子 异质结 纳米技术 电子转移 电化学 光电子学 电极 化学 物理化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Xueyi Lu,Yuansheng Shi,Dai‐Ming Tang,Xia Lu,Ziling Wang,Nobuyuki Sakai,Yasuo Ebina,Takaaki Taniguchi,Renzhi Ma,Takayoshi Sasaki,Chenglin Yan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (3): 4775-4785 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c00089
摘要

Atomic interfacial electric fields hold great potential for boosting ionic and charge transfer and accelerating electrochemical reaction kinetics. Here, built-in electric fields within the heterostructure are created by electrostatic assembly of unilamellar titano-niobate/graphene (reduced graphene oxide) nanosheets as building blocks. Scanning Kelvin probe microscopy confirms the existence of built-in electric fields by detecting the unbalanced surface potential of disparate nanosheets in the heterostructure, which facilitates ion and electron transfer, thus enabling an excellent reversible sodium storage capacity of 245 mAh g-1 at 0.05 A g-1. Theoretical analysis also confirms that the electric field can enhance the electric conductivity and facilitate electron transfer at the atomic interface. Moreover, in situ TEM observations confirm the homogeneous intercalation of sodium ions and very small volume expansion of the hybrid materials. As a result, a highly stable lifetime of 3000 cycles is achieved with capacity retention of 98.8%. This work attests the importance of accelerating ionic and charge transfer through atomic interfacial electric field for superior sodium storage.
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