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随着全球不可再生资源的持续消耗和环境污染日益加重，新型绿色低碳技术成为实现碳中和的有效途径之一。高安全、低成本大规模储能技术的发展对于构建绿色现代化电力系统具有重要意义。华北电力大学吕玮/徐超联合中科院生物物理所丁芳，原位合成了含O缺陷C包覆δ-MnO2正极，深入探究了O缺陷及C包覆对MnO2结构和性能的协同提升效应。通过调控Mn价态、抑制Jahn-Teller效应及副产物Zn4SO4(OH)6·4H2O的生成，显著提升了正极的结构稳定性及综合电化学性能（例如，0.1 A g−1电流密度下比容量高达421.2 mAh g−1、比能量密度为595.53 Wh kg−1，尤其在10 A g−1大电流密度下4000圈循环寿命高达90.88%且库伦效率接近100%）。此外，体外细胞毒性试验验证了该正极材料兼具抑制女性宫颈癌和卵巢癌细胞增殖的作用和功效。综上，本工作采用原位合成法制备的δ-MnO2正极材料不仅在大规模储能领域具有良好发展潜力，同时为全球女性发病率最高的宫颈癌、卵巢癌等妇科恶性肿瘤的药物抗癌治疗提供了新的思路和策略。图1. (a) MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3、MN-4的XRD谱图；(b) MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3和MN-4的EPR和(c) 拉曼测试；(d) MN-2的Mn 2p，(e) Mn 3s，(f) O 1s，(g) C 1s的XPS高分辨率谱图；(h) MN-2的SEM和（i-k）EDS图；(l) MN-2的HRTEM和(m) SAED图；(n) MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3、MN-4的ICP-AES图；(o) 正极结构示意图。图2. (a) Zn2+嵌入δ-MnO2、δ-MnO2-OV和C@δ-MnO2-OV的扩散能垒；(b) δ-MnO2、δ-MnO2-OV和C@δ-MnO2-OV的ELF；(c)纯δ-MnO2，(d) δ-MnO2-OV，(e) C@δ-MnO2-OV的DOS；(f) 纯δ-MnO2，(g) δ-MnO2-OV，(h) C@δ-MnO2-OV的Mn 3d的PDOS及Mn原子轨道和电子自旋态。图3. MN-0.5、MN-1、MN-2、MN-3、MN-4的(a)恒流充放电曲线；(b)高倍率放电测试；(c) 200次、(d) 4000次循环稳定性电化学测试结果；(e) MN-2与表S1文献的比容量对比图。图4. 在0.1 A g−1的电流密度下，MO和MN-2第10次循环时F-D和F-C状态下的 (a) XRD的非原位测试；(b) Mn 2p, (c) Mn 3s, (d) S 2p 的XPS高分辨谱图；MN-2在0.1 A g−1的电流密度下第10次循环时，F-D状态下的(e) Zn 2p和(f) O 1s的XPS高分辨率谱图；(g)C@δ-MnO2-OV和(h) 纯δ-MnO2嵌Zn的ELF模型；(i) Zn嵌入C@δ-MnO2-OV和纯δ-MnO2的MnO6八面体的Mn–O键长（单位：Å）。图5. (a) 合成材料对癌细胞的抗肿瘤能力示意图；(b) 不同处理下Hey和HeLa细胞的相对细胞活性；(c) 不同处理下，Calcein AM（绿色）和PI（红色）染色的HeLa细胞荧光显微镜图像；(d) 流式细胞仪检测不同处理下HeLa细胞的凋亡率；(e) 不同处理下Hey和HeLa细胞的克隆形成数。Ctrl: PBS处理的细胞在全球环境和能源危机的背景下，水系锌离子电池因其安全性和成本效益而受到广泛关注，在其他领域的应用仍存在巨大的探索空间。本项研究原位合成了含O缺陷C包覆δ-MnO2正极，并深入探究了O缺陷及C包覆对MnO2结构和性能的协同提升效应。通过调控Mn价态、抑制Jahn-Teller效应及副产物Zn4SO4(OH)6·4H2O的生成，显著提升了正极的结构稳定性及综合电化学性能。此外，体外细胞毒性试验验证了该正极材料兼具抑制女性宫颈癌和卵巢癌细胞增殖的作用和功效。综上，本工作采用原位合成法制备的δ-MnO2正极材料不仅在大规模储能领域具有良好发展潜力，且在临床应用领域也有巨大的发展潜力。In situ synthetic C-encapsulated δ-MnO2 with O-vacancies: A versatile programming in bio-engineeringWei Lv*, Zilei Shen, Junlin Liu, Xudong Li, Fang Ding*, Dongyue Zhang, Licheng Miao*, Xuefeng Lyu, Ruijie Li, Miaomiao Wang, Yiming Li, Jingwen Meng, Chao Xu*https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.10.034🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏![]()
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