1. 研究目的与意义
近些年，水可充电池已经引起了广泛的研究兴趣，由于其许多的优点，比如更安全的电子锁，更低的制造成本[1]。在许多的水可充电池，锌离子电池已经有了重要的前景像可替代电池，有高的锌理论能力为819mahg-1，锌有更多的可能性，是大量的，是容易处理的材料。在最近的展示的可逆充电/不充电过程的中性电解液的使用在zib有近期的定向研究。如，可能的二次电池。但是，在zib有一个关键的挑战是更高选择的阴极材料。到目前为止，只有少部分材料，例如锰系氧化物，巩系氧化物，普鲁士蓝类似物，聚阴离子化合物，醌类，已经被报认为zib可见的阴极，在这些材料之外，二氧化锰更加惹人喜爱像zib是由于阴极的环境亲和性好，价格低，容易制造。总之，在最近这些年，大量的zn/mno2电池系统已经被报道出有令人满意的电化学表现[2]。但是，这样的进程已经慢慢变缓了通过调整不同mno2的晶型在加强mno2的本来的容量是日益增加的挑战，或者增加过滤层空间。这种减慢的趋势表明结构的增强功能已经到达了一个瓶颈。一种替代的策略像调整材料表面的化学应该是被为是在下一个平台在锌锰电池电化学表现增强功能。
缺陷工程是一门优秀的技术能够灌输给一个材料新的功能例如，电子的，磁性的，光学性质。在不同种类的缺陷工程中，氧缺陷在调整表面化学性能和氧化物的几何构型是尤其重要的一个。氧缺陷在材料表面能够影响zn二价离子的吸附。据此来计算zn二价离子的吸附的吉布斯自由能提供估计测量zn二价离子的吸附和解吸的可逆性[3]。我们的模拟结果是当氧缺陷在二氧化锰晶格内产生时二价zn离子的吉布斯自由能会显著改变。原始的二氧化锰证明由于二价锌离子更低的吉布斯自由能，在热力学上更偏爱二价锌离子吸附。但是这个现象同时提示后面的解吸过程在热力学上不受偏爱的。这意味着，对于初始的二氧化锰，一旦二价锌离子被吸附到二氧化锰的表面，在锌和氧之间的强烈的化学联系，会阻碍后面二价锌离子的吸附过程，未吸附的二价锌离子最终表现为物理电池降低可获得的二氧化锰的电化学活性表面积[4]。相比较，在二氧化锰的晶格内产生氧缺陷，二价锌离子的吉布斯自由能邻近的vo有热中性价值，这表明有更高的吸附和解吸过程的自然可逆。因此，这希望被吸附的二价锌离子能够被释放出来，因此使得曾经占据电化学活性表面能够为下次吸附。此外有更高的二价锌离子的可逆吸附和解吸过程在缺氧的二氧化锰，更少电子被需要对于形成锌氧化学联系相比于原始的二氧化锰。这表示更多的电子能够致力于形成物质的非定域电子云，因此，能增加可达到的能力[5]。
在此，对于第一次，我们提议使用氧缺陷的二氧化锰作为zib的阴极材料。在这个论文中，我们第一次评估了二价锌离子和初始氧缺陷的二氧化锰的相互作用，第二次，我们使用实验的结果核实了来自于我们模拟结果的理论[6]。据我们所知，装配的电池展示最高的能力345ah g1是从未在水纳锰矿mno2系统上被报道过的。这个电池表现出长期的稳定性达到99%超过100个循环在5 a g1的低密度，在达到超过2000个循环，有84%的客观稳定性。这极棒的电化学表现也许是一下两个原因：1在氧缺陷邻近的二价锌离子吸附的低的吉布斯自由能导致了更高的可获得的电化学活性表面积；2在形成锌氧键后，更多的电子能够去定域到电极，帮助加强了可获得的能力，产生氧空位的mno2，将会成为一个可行的方法为未来高性能zib的发展和充足的能量储备。
2. 研究内容和预期目标
1、石墨烯纤维的制备
常规湿法纺丝法将高浓度的 go液晶分散液挤出到 naoh/甲醇溶液中固化形成连续的 go纤维。
2丶σ-mno2的制备
3. 研究的方法与步骤
（1）氧化石墨烯的制备
氧化石墨烯（go）的制备采用改进的hummers方法进行。具体步骤如下，将 12g石墨和 6 g nano3加入 350 ml 浓硫酸中，冰水浴冷却至 0° c，待机械搅拌均匀后缓慢加入72 g kmno4，加入速度以保持反应温度低于20°c为准，继续搅拌 2 h后升温到 35oc氧化 6 小时。缓慢添加 550 ml去离子水稀释，然后升温至 98 °c保温 10 min，水浴冷却至室温，继续添加 1600 ml去离子水稀释，搅拌下添加 30wt%双氧水，直到没有气泡产生为止。将所得亮黄色产物转移到离心管中在 8000 rpm下进行离心，收集并合并沉淀物。使用 10 %稀盐酸洗涤沉淀，继续离心，然后用无水乙醇洗涤 3 遍。最后在 40℃真空烘箱中干燥 24 小时，得到棕黄色氧化石墨粉末。
（2）σ-mno2的制备
4. 参考文献
[1] j. liu, c. xu, z. chen, s. ni, z. x. shen, green energy environ. 2018, 3, 20.
[2] y. wang, j. yi, y. xia, adv. energy mater. 2012, 2, 830.
5. 计划与进度安排
（1）第一、二周：在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。
（2）第三周到第四周：制备氧化石墨烯并提纯备用。
