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近十年来，层状氢氧化物基自支撑电极得到了发展，但其有效质量比较低，阻碍了其储能的全面应用。基于此，大连理工大学邱介山教授和于畅教授、美国劳伦斯伯克利国家实验室Jinghua Guo、西北工业大学张秋禹教授（共同通讯作者）等人报道了通过设计亚微米厚度（超过700 nm）的F-取代β-Ni(OH)2（Ni-F-OH）板，打破了层状氢氧化物的固有限制，在碳基板上产生了29.8 mg cm−2的超高质量载荷。定制的超厚磷化材料上层结构实现了7144 mC cm−2的超高比容量和优越的倍率性能（在100 mA cm−2时达到79%）。通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了一系列F-取代β-Ni(OH)2（记为NiFx(OH)2-x或Ni-F-OH）模型，以研究F-掺杂的影响。作者给出了NiFx(OH)2-x对(100)、(110)和(001)切面的表面能的计算值，所有情况下(001)表面的表面能始终小于对应的表面能，特别是当掺杂水平较高时，表明了片状形貌。对比Ni-F-OH，当OH-被F-取代时，其低表面能表现为厚度的增加。在不同掺杂含量下，NiXx(OH)2-x（X=F, Cl, Br, I）典型分解反应的分解焓，其中F-掺杂β-Ni(OH)2的热力学性能更稳定。在低掺杂比（X=1/12）下，所有卤化物的分解反应都很不利，尤其是F；在较高的比例（X=2/3）下，F的分解反应更具挑战性，而其他卤素的分解反应在能量上变得有利，特别是Br和I。结果表明，F可以稳定地进入β-Ni(OH)2的晶体结构，并对其表面能有很大的调节作用。The Emerging Layered Hydroxide Plates with Record Thickness for Enhanced High-mass-loading Energy Storage. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202211603.https://doi.org/10.1002/adma.202211603.【做计算 找华算】华算科技提供专业DFT代算服务、正版商业软件版权、全职海归计算团队，10000+成功案例！计算内容涉及材料结构、掺杂、缺陷、表面能、吸附能、能带、PDOS、反应路径、OER、HER、ORR、自由能台阶图、火山理论、d带中心、电位、容量、电导率、离子扩散、过渡态+AIMD、HOMO/LUMO、电池材料、电解液、异质结、半导体等。
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