北理工在鈉離子電池硫?qū)倩衔镓?fù)極研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期:2022-09-29 供稿:化學(xué)與化工學(xué)院
編輯:段凱龍 審核:王振華 閱讀次數(shù):近日,,北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院曹敏花教授團(tuán)隊(duì)在鈉離子電池硫?qū)倩衔镓?fù)極研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,,相關(guān)研究成果以“Strain-regulated Gibbs free energy enables reversible redox chemistry of chalcogenides for sodium ion batteries”為題,在《Nature Communications》期刊上在線發(fā)表(DOI: 10.1038/s41467-022-33329-2),。該工作第一作者為2021級(jí)博士研究生姜敏霞,,通訊作者為曹敏花教授、毛寶光博士后,。
揭示過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔铮∕X2, M = Mo, V, W, Re; X = S, Se)的儲(chǔ)鈉機(jī)理是合理設(shè)計(jì)電極材料,,提高其電池性能的重要基礎(chǔ)。通常,,MX2在初始放電過(guò)程會(huì)生成產(chǎn)物M和A2X (A = Li, Na),。然而,在隨后的充電過(guò)程中,,不可逆的轉(zhuǎn)化反應(yīng)會(huì)改變充電產(chǎn)物,,轉(zhuǎn)變?yōu)锳2X/X的反應(yīng),使得鈉的存儲(chǔ)本質(zhì)變成鈉-硒電池,,從而遭受多硫/硒化物的穿梭效應(yīng),,導(dǎo)致容量迅速衰減。因此,,調(diào)控M/A2X 的存儲(chǔ)機(jī)理,,使其遵循可逆反應(yīng)機(jī)制,對(duì)于實(shí)現(xiàn)高的電化學(xué)存儲(chǔ)性能非常重要,。然而,,由于無(wú)法直接調(diào)節(jié)放電產(chǎn)物M和A2X的活性,因此對(duì)MX2的存儲(chǔ)機(jī)理調(diào)控仍然極具挑戰(zhàn),。
論文以MoSe2負(fù)極為研究對(duì)象,,通過(guò)應(yīng)力工程策略為解決這一難題提供了一個(gè)新思路。理論計(jì)算表明,,應(yīng)力可以調(diào)控材料的反應(yīng)活性,,并進(jìn)一步改變氧化還原反應(yīng)的吉布斯自由能?;诖?,作者利用2-甲基咪唑的配位效應(yīng),合成了拉伸應(yīng)力的MoSe2(TS-MoSe2),。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,,TS-MoSe2可以將應(yīng)力傳遞給其放電產(chǎn)物Mo,導(dǎo)致Mo團(tuán)簇發(fā)生晶格畸變,,d帶中心上移,,更接近費(fèi)米能級(jí),進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)Na2Se的吸附能力,,從而使Mo/Na2Se與MoSe2之間氧化還原化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能降低,,促進(jìn)其氧化還原反應(yīng)發(fā)生。原位拉曼,、非原位X射線光電子能譜和X射線同步輻射光譜表明,,不同于無(wú)應(yīng)力的MoSe2,TS-MoSe2經(jīng)歷一個(gè)可逆的鈉存儲(chǔ)機(jī)理,,并最終表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能,。該工作為其他電極材料的電化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)理研究提供了一定的借鑒意義。
論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s4146 7-022-33329-2.
圖1.(a-c)TS-MoSe2的表征,;(d-g)TS-MoSe2,、MoSe2與相應(yīng)的放電產(chǎn)物TS-MoSe2-D0.01、MoSe2-D0.01的表征,;(h-j)TS-MoSe2的鈉存儲(chǔ)機(jī)理表征,;(k-m)TS-MoSe2與MoSe2電極的電化學(xué)性能。
附作者簡(jiǎn)介:
曹敏花,,北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授,,博士生導(dǎo)師,教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才,,洪堡學(xué)者,。主要從事能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化材料的功能導(dǎo)向性設(shè)計(jì)及電化學(xué)機(jī)理研究。已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Energy Letters, ACS Nano, Nano Energy, Chem. Mater., J. Mater. Chem. A等期刊上發(fā)表SCI論文100余篇,。
毛寶光,,北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士后。主要從事功能納米材料的合成及其在催化和新能源領(lǐng)域的應(yīng)用,。近年來(lái),,以第一作者/通訊作者在 Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.(3篇), ACS Energy Letters, Nano Res., Nanoscale等期刊上發(fā)表論文十余篇,申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利2項(xiàng),。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目和中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目一等資助各一項(xiàng),。
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