近日，我院張道洪教授/王秋凡副教授團隊在搖椅式水系銨離子電池領域取得了新的研究進展，研究成果以“Oxygen Vacancy-Enriched Bi2SeO5 Nanosheets with Dual Mechanism for Ammonium-Ion Batteries”為題發(fā)表在國際權威期刊《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，中南民族大學為第一通訊單位。
新能源儲能器件對于當今社會的可持續(xù)發(fā)展至關重要，水系儲能器件在大規(guī)模實際應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現(xiàn)的特性，例如水合半徑小、摩爾質量輕等。自從搖椅式水系銨離子電池(AIBs)誕生以來，國內(nèi)外報道了許多關于NH 4+儲存的研究，然而很少有研究專注于開發(fā)用于NH 4+存儲的高性能陽極。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特的強氧化還原反應，在充/放電過程中變現(xiàn)出穩(wěn)定的長電壓平臺，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，本工作通過簡單的一步水熱法合成了Bi2Se3納米片前驅體，并將其作為模板在空氣中煅燒，通過調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，并提高了材料的導電性。同時，通過納米級Kirkendall效應，氧和硒的擴散速率不同獲得了多孔的納米片機構，產(chǎn)生了更多的活性位點。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/斷裂和轉化反應機理。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了離子/電子的轉移，促進了NH4+與主體材料之間氫鍵的形成有關。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動光電探測器，為下一代AIBs高性能陽極的開發(fā)及高性能水系儲能器件的制備提供了思路。
張道洪教授領銜的超支化聚合物團隊是校學術團隊，入選了湖北省自然科學創(chuàng)新群體、國家民委創(chuàng)新團隊和湖北省雙創(chuàng)戰(zhàn)略團隊，依托于中南民族大學化學與材料科學學院、催化轉化與能源材料化學教育部重點實驗室和超支化聚合物合成與應用技術湖北省工程研究中心，長期從事超支化聚合物、碳納米管新能源材料與器件、風電絕緣高分子材料的設計制備及其應用研究工作。團隊主持國家自然科學基金項目10余項、省重大重點和企業(yè)委托項目30余項，獲授權國際、國家發(fā)明專利70余件。部分成果獲中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科學技術發(fā)明獎一等獎2項、湖北省科學技術發(fā)明獎一等獎1項。近幾年團隊在超支化聚合物（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）等領域獲得了一些重要成果，促進了相關領域快速健康發(fā)展。
王秋凡，中南民族大學副教授，碩士生導師。從事超級電容器、水系電池、柔性傳感器及電致變色等研究工作，完成國家自然科學基金青年項目、主要參與者參加湖北省技術創(chuàng)新重大專項、湖北省自然科學基金等項目。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，申請國家發(fā)明專利5項，其中授權4項。
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 責編：張道洪 審核：祁帆 發(fā)布：艾麗菲拉 發(fā)布時間：2023-12-14
