氧缺陷增强阴离子吸附能：实现镍锌电池的超高倍率和耐用阴极

2. O_d-CNO@Ni NTs电极具有非凡的电化学性能。

3. 理论计算表明，氧缺陷有效地改善了O_d-CNO@Ni NTs的电化学动力学和表面电子态结构，从而表现出较强的OH⁻吸附能力。

由于高度均匀的镍纳米管阵列提供了快速的电子/离子传输路径和丰富的活性位点，O_d-CNO@Ni NTs电极具有优异的容量和倍率能力。组装的Ni-Zn电池具有超长的寿命(5000次循环后初始容量的93.0%)，极高的能量密度和功率密度。理论计算表明，氧缺陷可以增强电极表面与电解质离子之间的相互作用，有助于提高电容。这项工作为开发超耐用、超快、高能镍锌电池提供了合理的思路。

图1. O_d-CNO@NiNTs纳米结构的合成过程。

图2. (a, b) Ni NTs和O_d-CNO@NiNTs的高倍和低倍SEM图；(c) TEM图；(d) HRTEM图；(e) EDX元素映射；(f) EPR谱; (g-i) Co 2p, Ni 2p和O 1s的XPS谱图。

O_d-CNO@Ni NTs电极展现出优异的倍率性能和循环稳定性：在低电流密度(1 A/g)下具有432.7 mAh/g的比容量，当电流密度提高至60 A/g时，电极仍保持有218.3 mAh/g的比容量；同时，在经过3000次循环后，循环保持率仍超过100%。

图3. (a) CV对比；(b) O_d-CNO@Ni NTs的CV曲线；(c) 峰值电流与扫描速率的关系曲线；(d) O_d-CNO@Ni NTs、Od-CNO和CNO在1 A/g下的放电容量；(e) O_d-CNO@Ni NTs电极的GCD曲线；(f) 倍率性能曲线；(g) 奈奎斯特图；(h) 循环寿命对比图。

利用密度泛函理论(DFT)研究了氧缺陷对结构和电子性能的影响。如图4b和4c，引入氧缺陷可以增强OH⁻的吸附，有助于提高电极材料的容量和循环稳定性。这与上述电化学性能实验分析一致。同时，从Bader分析中发现氧缺陷的存在会增加电极与OH⁻之间的电荷转移，这是氧缺陷对OH⁻的吸附改善的原因。理论计算结果与实验结果一致，表明氧缺陷可以有效地修饰表面电子结构，提高结合能，提高动力学速度和电化学性能。

图4. (a) 氧缺陷对OH⁻吸附的调节机制模型；(b) 表面电荷转移和OH⁻吸附能分析；(c) OH⁻在CNO和O_d-CNO上的吸附能；(d) TDOS图；(e) PDOS图。

IV O_d-CNO@Ni NTs//Zn电池的电化学性能评估

图5. (a) CV曲线；(b) 倍率性能和库伦效率；(c) GCD曲线；(d) 快速充电慢速放电下的循环性能和库伦效率图(内嵌为前后10个周期的时间电压曲线)；(e) Ragone图；(f) 循环性能图(内嵌为前后10个周期的时间电压曲线)。

V O_d-CNO@Ni NTs//Zn软包电池的电化学性能评估

图6. (a) O_d-CNO@Ni NTs//Zn电池示意图；(b) CV曲线；(c) 在1 mV/s下前三个循环的CV曲线；(d) GCD曲线；(e) 循环性能图；(f) 安全测试和驱动3 V模型车的照片。