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王俊杰團(tuán)隊(duì)Angew.：二維六方MBene HfBO的發(fā)現(xiàn)及其鋰離子儲存潛力探索

由于傳統(tǒng)的正交對稱三元MAB相(ort-MAB)難以選擇性刻蝕，獲取的二維（2D)過渡金屬硼化物(MBenes)的實(shí)際應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙。

在此，西北工業(yè)大學(xué)王俊杰教授團(tuán)隊(duì)通過預(yù)測和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一類三元六邊形MAB(h-MAB)相和二維六邊形MBenes(h-MBenes)相。計(jì)算表明，三元h-MAB相比ort-MAB相更適合作為MBene的前軀體。在此基礎(chǔ)上，通過選擇性去除h-MAB Hf₂InB₂中的In來合成h-MBene HfBO的實(shí)驗(yàn)，合成的2DHfBO作為鋰離子電池的負(fù)極材料，其比容量為420 mAh g^-1。

圖1.篩選與實(shí)驗(yàn)

總之，本研究結(jié)合DFT計(jì)算和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了一類三元hMAB相及其衍生物h-MBenes。研究發(fā)現(xiàn)，三元h-MAB相具有相當(dāng)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、顯著的各向異性。通過理論計(jì)算預(yù)測了20種穩(wěn)定的h-MBenes，包括3種二維M₂B、MB和M₃B₄(M=TiZr、HfSc、Ta和Nb)結(jié)構(gòu)原型。h-MBenes中元素和晶體結(jié)構(gòu)的多樣性使得現(xiàn)有二維材料中缺乏的特性和應(yīng)用具有廣泛的可調(diào)性。

此外，通過選擇性蝕刻Hf₂InB₂的In層，成功合成了二維HfBO，作為三元h-MAB相衍生的第一個六方MBene(h-MBene)。電化學(xué)結(jié)果表明，合成的二維HfBO具有較高的容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，使其成為電化學(xué)儲能器件中很有應(yīng)用前景的負(fù)極材料。

圖2. 二維HfBO h-MBene的電化學(xué)表征

Discovery of Two-dimensional Hexagonal MBene HfBO and Exploration on its Potential for Lithium-Ion Storage, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI:?10.1002/anie.202308436

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