厦大周尧/李君涛AFM：P掺杂二维碳作为宿主实现无穿梭效应Zn-I2电池

Zn-碘(I₂)电池是一种前景广阔的储能装置，尤其是在高I₂负载条件下，但它却受到可溶性多碘化物中间体穿梭效应的困扰。

图1. 二维P掺杂的碳纳米海绵作为高碘负载功能宿主的制备示意图

厦门大学周尧、李君涛等报告了具有丰富P掺杂剂（4.2 at%）和大比表面积（1966 m² g^-1）的二维碳纳米海绵，它在锚定I₂/I_x-（x = 1、3 或 5）和催化它们相互转化方面具有双功能作用。

实验和计算结果都显示，电子从掺杂P的位点转移到碘物种上，显示出很强的界面相互作用。因此，在用作宿主时，它对I₂（3.34 g_iodine g^-1或1.6 mg_iodine m^-2）和I_x-（6.12 g_iodine g^-1或 3.1 mg_iodine m^-2）具有很高的捕获能力，从而有效地抑制了穿梭效应，原位紫外-可见光谱和拉曼光谱也证明了这一点。

图2. 理论计算

此外，除了有利于碘转化的强界面相互作用外，掺杂P的位点还能催化I₅-向I₂的转化，这是决定速率的一步。因此，高I₂含量（70 wt%）的Zn-I₂电池具有高比容量（220.3 mAh g^-1）、卓越的库仑效率（>99%）和低自放电率；此外，它们还能在2 A g^-1的条件下稳定运行，且在10000次循环中不会出现容量衰减。

图3. Zn-I₂电池性能

Toward Shuttle-Free Zn–I2 Battery: Anchoring and Catalyzing Iodine Conversion by High-Density P-Doping Sites in Carbon Host. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306359

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