近日，我院張道洪教授/王秋凡副教授團(tuán)隊(duì)在搖椅式水系銨離子電池領(lǐng)域取得了新的研究進(jìn)展，研究成果以“Oxygen Vacancy-Enriched Bi2SeO5 Nanosheets with Dual Mechanism for Ammonium-Ion Batteries”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《ACS Nano》上。我院研究生凌丹丹、王琪為論文第一作者，張道洪教授和王秋凡副教授為論文通訊作者，中南民族大學(xué)為第一通訊單位。
新能源儲(chǔ)能器件對(duì)于當(dāng)今社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，水系儲(chǔ)能器件在大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用中具有巨大的潛力。非金屬銨離子(NH 4+)作為一種新興的電荷載體，具有金屬離子無法實(shí)現(xiàn)的特性，例如水合半徑小、摩爾質(zhì)量輕等。自從搖椅式水系銨離子電池(AIBs)誕生以來，國(guó)內(nèi)外報(bào)道了許多關(guān)于NH 4+儲(chǔ)存的研究，然而很少有研究專注于開發(fā)用于NH 4+存儲(chǔ)的高性能陽極。Bi基化合物作為一種低成本、無毒的層狀化合物，具有寬的電壓窗口和獨(dú)特的強(qiáng)氧化還原反應(yīng)，在充/放電過程中變現(xiàn)出穩(wěn)定的長(zhǎng)電壓平臺(tái)，能夠提供較高的容量。因此，將Bi基化合物用作AIBs的高性能陽極，有望發(fā)展成為一種綠色環(huán)保的水系電池產(chǎn)品。
鑒于此，本工作通過簡(jiǎn)單的一步水熱法合成了Bi2Se3納米片前驅(qū)體，并將其作為模板在空氣中煅燒，通過調(diào)控不同的煅燒溫度以獲得富氧空位的Bi2SeO5納米片。氧空位的存在加速了離子傳輸，并提高了材料的導(dǎo)電性。同時(shí)，通過納米級(jí)Kirkendall效應(yīng)，氧和硒的擴(kuò)散速率不同獲得了多孔的納米片機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生了更多的活性位點(diǎn)。根據(jù)非原位表征，提出了層狀Bi2SeO5中NH4+/H+的可逆共插/脫插、氫鍵形成/斷裂和轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理。因此，優(yōu)化后的Bi2SeO5陽極在1 M NH4Cl電解液中，在0.3 A g-1條件下具有341.03 mAh g-1的高可逆容量，在3A g-1條件下循環(huán)7000次后的容量保持率為86.7%，這與氧空位的存在促進(jìn)了離子/電子的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了NH4+與主體材料之間氫鍵的形成有關(guān)。組裝的MnO2//Ov- Bi2SeO5搖椅式AIB提供了0-2.0 V的寬電壓窗口，擁有較高的能量/功率密度。此外，器件可作為電壓源驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器，為下一代AIBs高性能陽極的開發(fā)及高性能水系儲(chǔ)能器件的制備提供了思路。
張道洪教授領(lǐng)銜的超支化聚合物團(tuán)隊(duì)是校學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)，入選了湖北省自然科學(xué)創(chuàng)新群體、國(guó)家民委創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和湖北省雙創(chuàng)戰(zhàn)略團(tuán)隊(duì)，依托于中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、催化轉(zhuǎn)化與能源材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和超支化聚合物合成與應(yīng)用技術(shù)湖北省工程研究中心，長(zhǎng)期從事超支化聚合物、碳納米管新能源材料與器件、風(fēng)電絕緣高分子材料的設(shè)計(jì)制備及其應(yīng)用研究工作。團(tuán)隊(duì)主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目10余項(xiàng)、省重大重點(diǎn)和企業(yè)委托項(xiàng)目30余項(xiàng)，獲授權(quán)國(guó)際、國(guó)家發(fā)明專利70余件。部分成果獲中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖北省科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。近幾年團(tuán)隊(duì)在超支化聚合物（Nat Sustain. 2020, 3, 29；Prog Mater Sci. 2022 130,100977；Angew Chem, 2022, 61,e202211713; Chem Eng J: 2018, 343,283; ACS Macro Lett, 2021, 10, 1113）及新能源材料與器件（ACS Nano 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c08460; Small 2023, 2301189; Small 2023, 2206701; Chem. Eng. J. 2019, 371, 145; Inorganic Chem. 2022, 61, 19567; Nano Research 2022, 15, 8118-8127）等領(lǐng)域獲得了一些重要成果，促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域快速健康發(fā)展。
王秋凡，中南民族大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師。從事超級(jí)電容器、水系電池、柔性傳感器及電致變色等研究工作，完成國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、主要參與者參加湖北省技術(shù)創(chuàng)新重大專項(xiàng)、湖北省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目。以第一/通訊作者在ACS Nano、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Small、Nano Research、Inorganic Chemistry等期刊發(fā)表SCI論文40余篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)，其中授權(quán)4項(xiàng)。
文章信息：Dandan Ling#, Qi Wang#, Guofu Tian, Hao Yu, Daohong Zhang*, and Qiufan Wang*. Oxygen Vacancy-Enriched Bi2SeO5 Nanosheets with Dual Mechanism for Ammonium-Ion Batteries, 2023, doi.org/10.1021/acsnano.3c08460
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c08460
作者：王秋凡 責(zé)編：張道洪 審核：祁帆 發(fā)布：艾麗菲拉 發(fā)布時(shí)間：2023-12-14
