由于具有高比面積、高化學活性和快速的載流子遷移率的特性，二維（2D）過渡金屬硼化物（MBenes）作為二維材料家族的新成員，在電催化和儲能領域具有廣闊的應用前景。雖然此前已經報道了多種類型的MBenes，但尚未合成出具有氧化還原活性端基的層狀MBenes。
在此，哈爾濱工業大學黃燕、于淼等人通過一種簡便、節能的熔融鹽刻蝕的方法合成了具有電化學活性端基的MBenes-Br材料，并作為碘物種的宿主材料應用于水系鋅離子電池，基于I–/I0和Br–/Br0級聯反應機制，I2@MBene-Br獲得了高的能量輸出。在0.4–1.6 V內，基于I–/I0的轉化反應機制，I2@MBene-Br在25 A/g的電流密度下可以穩定循環220000圈。在0.4–2.1 V內，基于Br–/Br0的轉化反應機制，MBene-Br正極在1 A/g的電流密度下，可以提供143.8 mAh/g的放電比容量。進而，在0.4–2.1 V內，I2@MBene-Br正極在899.7 W kg–1時可獲得485.8 Wh kg–1的能量密度，在180.2 Wh kg–1時可獲得6007.7 W kg–1的功率密度，遠遠超過了當前Zn||I2電池的最佳報道。
圖1. I2@MBene-Br正極在0.4-1.6 V和MBene-Br正極在0.4-2.1 V的電化學性能
總之，該工作首次使用CuBr2熔融鹽刻蝕劑設計并合成了一種具有有序金屬空位和-Br電化學活性表面官能團的MBene-Br材料，同時構建了基于I–/I0和Br–/Br0級聯反應的高能水系Zn||I2電池，并且其電池性能優于所有報道的水系Zn||I2電池和大多數其他正極材料類型的鋅離子電池。因此，該項工作突破了傳統MBenes只能合成具有非電化學活性官能團的局限，并為合成具有其他類型活性官能團（如-I、-S和-Se）的MBenes提供了一個新的視角。此外，基于材料的結構特征構建級聯反應的概念為構建其他高能量電池體系（如Br、S、Se、P等）鋪平了道路。
圖2. 水系Zn||I2@MBene-Br級聯電池在0.4-2.1 V內的電化學性能
MBene with Redox-Active Terminal Groups for An Energy-Dense Cascade Aqueous Battery, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202311914
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