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氧化錳納米片與石墨烯的材料結(jié)構(gòu)圖

日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）日前公布，他們的一個研究小組成功合成了氧化錳納米片和石墨烯交替重疊的材料。該復(fù)合材料作為鋰及鈉離子充電電池的負(fù)極材料，可將電池充放電容量提高兩倍以上，且能延長重復(fù)使用壽命，解決了容量和壽命不可兼得的問題。

高容量化是二次電池的目標(biāo)之一，目前其負(fù)極使用的是碳材料，理論上過渡金屬氧化物具有高容量，有望成為碳材料的替代物。特別是具有分層結(jié)構(gòu)的氧化錳，將其剝離制成單分子厚的納米片，作為負(fù)極使用，表面全部呈活性，可大幅提高容量。但氧化錳的難點在于反復(fù)充放電容易破壞結(jié)構(gòu)，納米片也易于凝聚成團(tuán)狀。

研究小組在溶液中分散氧化錳納米片并與石墨烯混合，合成了交互多層的層壓復(fù)合材料。氧化錳與石墨烯都帶負(fù)電，通常情況下會互相排斥。研究小組早在2015年通過化學(xué)修飾石墨烯使其帶正電，解決了排斥問題，并實現(xiàn)了當(dāng)時金屬氧化物負(fù)極材料中最高容量和最長壽命。

此次通過把兩種物質(zhì)從分子水平復(fù)合，得到了單獨(dú)材料難以實現(xiàn)的高特性。復(fù)合材料除用于充電電池之外，還可大幅提高超級電容器、電極催化劑等能量儲存及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效能。

研究成果發(fā)表在近期美國化學(xué)協(xié)會雜志《ACS納米》網(wǎng)絡(luò)版。