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Synergistic optimization of electronic and lattice structures through Ti-intercalation and Se-vacancy engineering for high-performance aluminum storage
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-08-20 , DOI: 10.1039/d4ee02227k Rongkai Kang 1 , Dongmei Zhang 1 , Han Wang 1 , Boya Zhang 1 , Xingchang Zhang 1 , Guowen Chen 1 , Yiqun Du 2 , Jianxin Zhang 1
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-08-20 , DOI: 10.1039/d4ee02227k Rongkai Kang 1 , Dongmei Zhang 1 , Han Wang 1 , Boya Zhang 1 , Xingchang Zhang 1 , Guowen Chen 1 , Yiqun Du 2 , Jianxin Zhang 1
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Layered chalcogenides play significant roles in electrochemical energy storage. However, their application potential is restricted by sluggish charge transfer and storage kinetics. Herein, a dual-defect strategy involving Ti intercalation and Se vacancies (SVs) is proposed to modulate the electronic structure of MoSe2 and enhance the electrochemical performance of aluminum batteries (ABs). The dense atomic orbitals of Ti and Mo in Ti–MoSe2−x contribute numerous electron states near the Fermi level, effectively filling the wide bandgap. This fundamentally activates the intrinsic electronic properties, elevating the charge-transfer ability. Moreover, the synchronous optimization of planar and interlayer structures endows the Ti–MoSe2−x with ample active sites and expanded layer spacing, enhancing ion migration and electrochemical capacity. The significant charge interaction between Ti–MoSe2−x and active electrolyte ions promotes the affinity and storage ability of cathodes for charge carriers. Owing to these merits, the Ti–MoSe2−x cathode exhibits enhanced reversible capacity (250 mA h g−1 at 0.5 A g−1) and superior cycling stability (132 mA h g−1 over 2400 cycles at 5.0 A g−1) with fast reaction kinetics. This research offers in-depth insights into the electrochemical energy storage for ABs by modulating the electronic and lattice structures of layered chalcogenides.
中文翻译：
通过钛插层和硒空位工程协同优化电子和晶格结构，实现高性能铝存储
层状硫属化物在电化学储能中发挥着重要作用。然而，它们的应用潜力受到缓慢的电荷转移和存储动力学的限制。在此，提出了一种涉及Ti嵌入和Se空位（SV）的双缺陷策略来调节MoSe 2的电子结构并增强铝电池（AB）的电化学性能。 Ti-MoSe 2− x中 Ti 和 Mo 的致密原子轨道在费米能级附近贡献了许多电子态，有效地填充了宽带隙。这从根本上激活了固有的电子特性，提高了电荷转移能力。此外，平面和层间结构的同步优化赋予Ti-MoSe 2− x充足的活性位点和扩大的层间距，增强离子迁移和电化学容量。 Ti–MoSe 2− x和活性电解质离子之间的显着电荷相互作用促进了阴极对电荷载流子的亲和力和存储能力。由于这些优点，Ti-MoSe 2− x正极表现出增强的可逆容量（0.5 A g -1下为 250 mA hg -1 ）和优异的循环稳定性（5.0 A g -1下 2400 次循环后为 132 mA hg -1 ）具有快速的反应动力学。 这项研究通过调节层状硫属化物的电子和晶格结构，为 AB 的电化学储能提供了深入的见解。
更新日期：2024-08-20
中文翻译：
通过钛插层和硒空位工程协同优化电子和晶格结构，实现高性能铝存储
层状硫属化物在电化学储能中发挥着重要作用。然而，它们的应用潜力受到缓慢的电荷转移和存储动力学的限制。在此，提出了一种涉及Ti嵌入和Se空位（SV）的双缺陷策略来调节MoSe 2的电子结构并增强铝电池（AB）的电化学性能。 Ti-MoSe 2− x中 Ti 和 Mo 的致密原子轨道在费米能级附近贡献了许多电子态，有效地填充了宽带隙。这从根本上激活了固有的电子特性，提高了电荷转移能力。此外，平面和层间结构的同步优化赋予Ti-MoSe 2− x充足的活性位点和扩大的层间距，增强离子迁移和电化学容量。 Ti–MoSe 2− x和活性电解质离子之间的显着电荷相互作用促进了阴极对电荷载流子的亲和力和存储能力。由于这些优点，Ti-MoSe 2− x正极表现出增强的可逆容量（0.5 A g -1下为 250 mA hg -1 ）和优异的循环稳定性（5.0 A g -1下 2400 次循环后为 132 mA hg -1 ）具有快速的反应动力学。 这项研究通过调节层状硫属化物的电子和晶格结构，为 AB 的电化学储能提供了深入的见解。
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