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尹龙卫教授团队在MXene材料的设计及二次电池应用领域获进展

发布日期:2019年11月26日 13:46 点击次数:

[本站讯]近期,材料科学与工程学院尹龙卫教授研究团队在MXene材料的设计及其在二次电池应用领域取得重要进展。相关研究成果以“Alkali-induced 3D crinkled porous Ti3C2MXene architectures coupled with NiCoP bimetallic phosphide nanoparticles as anodes for high-performance sodium-ion batteries”为题,以封面文章(Front Cover)发表在能源材料类顶级期刊Energy Environ. Sci.(IF=33.25)上,尹龙卫教授和王成祥副教授为通讯作者,学院2016级博士研究生赵丹阳为第一作者。

MXene因其具有类石墨烯的二维结构和类金属导电性(~ 8000 S/cm),已成为新型储能材料的研究热点。但是MXene易自堆叠形成致密的膜,不利于离子的高效传输,同时基于金属离子(Li+/Na+)嵌入/脱出机制的储能行为,难以满足新型储能器件对高能量密度的需求。针对以上问题,尹龙卫教授课题组通过MXene结构控制与高效异质结构建等策略,实现了MXene材料在钠离子电池中的高效利用。该工作通过NaOH溶液诱导Ti3C2MXene发生褶皱卷曲构建MXene三维多孔骨架,然后通过水热生长和原位磷化相结合的方式,在三维Ti3C2骨架上负载具有高理论比容量的双过渡金属磷化物NiCoP纳米颗粒,得到Ti3C2/NiCoP复合材料,实现了材料形貌、多孔结构与异质结构的有效控制与合成。具有优良导电性的三维多孔Ti3C2提供大量开放的孔道结构,有利于电极材料和电解液的充分接触,为离子与电子提供快速传输通道;而MXene表面负载的双过渡金属磷化物NiCoP显著提高了电极材料的储钠容量。在Ti3C2和NiCoP的高效协同作用下,该材料作为钠离子电池负极时兼备良好的循环稳定性和较高的体积能量密度,表现出良好的电化学性能。

同期,尹龙卫教授课题组还利用表面活性剂CTAB诱导TEOS在Ti3C2MXene表面原位水解,经过低温镁热还原在MXene表面均匀负载纳米Si颗粒,得到了Ti3C2/Si复合材料。二维MXene纳米片作为电子/离子传输平台,极大地改善了Si基材料的导电性,促进了电化学动力学,而且能够作为良好的缓冲材料来缓解Si在循环过程中的体积膨胀。该复合材料作为锂离子电池负极时表现出高容量高稳定性等优异的电化学性能,MXene材料的赝电容特性在容量贡献中发挥了重要作用。该研究成果发表在能源类期刊Adv. Energy Mater.(IF=24.88)上,尹龙卫教授和王成祥副教授为通讯作者,学院2018级博士研究生惠晓斌为第一作者。

近年来,尹龙卫教授课题组一直从事储能材料结构设计与可控制备研究,围绕材料的设计和制备、性能与结构的关系等方面进行了深入探索,系统性地开展了创新性工作,在Nature Mater.Nature Comm.Adv. Mater.Energy Environ. Sci.ACS Nano等国际知名学术期刊发表多篇论文,受到国内外同行的广泛关注。以上研究得到了国家自然科学基金重点项目(介孔/微孔复合材料的控制制备与储能应用,No: 51532005)及其他项目的支持。

相关链接

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00308h#!divAbstract

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901065


【供稿单位:材料学院    作者:汪宙    编辑:新闻网工作室    责任编辑:乔春娜 张丹丹  】

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