MOFs衍生石墨烯包覆金属氧化物储能机理与第一性
原理研究
摘要
基于转化机制的过渡金属半导体氧化物凭借高比容量、高储量和高安全性等
优点逐渐成为锂离子电池负极材料的研究热点。然而，在充放电过程中，转化型
负极材料的体积变化会导致结构不稳定和容量衰减，限制了它们的进一步应用。
MOFs
金属有机骨架（）及其衍生物以其高孔隙度、大比表面积以及结构和功能的
多样性而被广泛应用于锂离子电池领域。本文通过低温煅烧策略成功制备了具有
多孔通道交叉结构的MOFs衍生的纳米笼氧化物RGO/CoO和RGO/ZnO/CoO，
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通过过深入研究储能材料的微观结构和电子晶体结构揭示了储能机理和反应过程
的本质。
以GO/Co-MOFs和GO/Zn-Co-MOFs为前驱体制备介孔结构的RGO/CoO和
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RGO/ZnO/CoO复合材料。两者均为中空核壳结构，RGO/CoO的尺寸为0.8μm
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RGO/ZnO/CoO1.5μm10-15nm65.3m2
左右，34尺寸约为，孔隙大小在，比表面积
-1
g。核壳结构能够提供较大的活性材料表面积，容纳更多的锂离子，从而提高电
池的比容量。RGO/ZnO/CoO的初始放电容量高达1250mAhg-1，是RGO/CoO
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的1.31倍。在500次循环后，库伦效率超过95%，比容量仍可保持在900mAhg-1。
此外，RGO/ZnO/CoO在电流密度为2Ag-1的倍率性能测试中也能保持500mAh
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g-1的比容量。同时，对RGO/ZnO/CoO进行了储锂动力学分析，它较低的电化学
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阻抗增强了电子输运效率，有利于其倍率性能。RGO/ZnO/CoO的锂离子扩散系
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7.1×10-13cm2s-1Li+
数为，较高的扩散速度有利于提高能量密度。其储锂能力是由
电容效应和扩散过程共同控制的，在0.6mVs-1和1.0mVs-1扫描速率下，赝电容
的贡献百分比分别为62.3%和78.6%。赝电容效应的存在有利于增强电极的循环稳
定性。
通过第一性原理深入研究了RGO/ZnO/CoO的电子和晶体结构，以进一步阐
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明其储能机理。结果表明，RGO/ZnO/CoO较低的带隙提高了其导电性。
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RGO/ZnO/CoO-0.8921eV-1.35611
34具有较小的形成能（）和较低的锂原子吸附能（
eV），表明了复合材料较高的结构稳定性，