水系锌离子电池（AZIBs）因其高安全性、低成本、高理论比容量和低氧化还原电位而成为有前途的能量存储设备。作为AZIBs阴极材料，锰氧化物（MO）、钒氧化物（VO）和普鲁士蓝类似物（PBA）受到了广泛的研究。尽管VO因其多价态和复杂晶体结构而备受研究人员关注，但由于其二维层状结构存在间距小、易坍塌和离子导电性差等问题。同时，充放电过程中Zn²⁺的静电排斥和高水合作用也导致电化学动力学缓慢。为了提高AZIBs的性能，研究人员探索了通过插层来稳定VO纳米层结构、增加层间距和改善离子迁移率的方法。尽管金属离子插层可以扩大层间距，但可能引起结构不稳定，而有机分子插层则被证明可以增大层间距、稳定层间结构并加速动力学反应，同时提供活性位点外的功能基团，有助于改善循环性能。尽管如此，带电荷有机配体作为插层客体的作用尚未被充分研究，而这项研究正是针对这一领域，探索了带电荷有机配体插层优化VO性能的新途径。

近日，庞欢教授团队利用水热法合成了一系列带电荷有机羧酸插层VO纳米材料作为AZIBs的阴极材料。本研究设计了带电荷的有机分子插层的钒氧化物作为AZIBs的阴极，带负电荷的羧酸基团可以降低Zn²⁺之间的静电作用力，增强电化学动力学。同时，有机分子插层增大了层间距，稳定了层间结构，为Zn²⁺的迁移提供了空间和稳定的通道。这项研究的结果表明，通过带电荷有机配体插层来调节静电作用力和层间距，能够提升钒基材料的性能。该成果以“Charged organic ligands inserting/supporting the nanolayer spacing of vanadium oxides for high-stability/efficiency zinc ion batteries”为题发表在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）上，论文第一作者为博士研究生袁国强。

文章信息：

Guoqiang Yuan, Yichun Su, Xiangling Zhang, Biao Gao, Jinliang Hu, Yangyang Sun, Wenting Li, Zhan Zhang, Mohsen Shakouri, Huan Pang*, Charged organic ligands inserting/supporting the nanolayer spacing of vanadium oxides for high-stability/efficiency zinc ion batteries, National Science Review, 2024;, nwae336, DOI: 10.1093/nsr/nwae336.

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae336