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中南大学纪效波教授团队在钠离子电池负极材料研究中取得新进展

来源:化学化工学院 点击次数:次 发布时间:2018年05月17日 作者:侯红帅

本网讯  近日,中南大学纪效波教授团队关于Co3X4形貌调控及储钠机理的最新研究成果在国际知名期刊Nano Energy (IF=12.343)上在线发表,论文题目为“Anions induced evolution of Co3X4(X=O, S, Se) as sodium-ion anodes: The influences of electronic structure, morphology, electrochemical property” (Nano Energy, 2018,48, 617-629)。2016级博士生葛鹏为第一作者。

在钠离子电池研究领域中,由于适配性电极材料的匮乏,新型钠离子存储材料的设计及合成受到了越来越多的关注。Co3X4材料在光电领域,催化领域,光解水领域有着广泛的运用,这为该材料在其他领域的运用提供了新的参考。作为转换型材料,Co3X4的容量贡献主要来源于阴离子与钠离子之间转换,因此阴离子基对于转换型材料有着至关重要的作用。因此本工作通过阴离子置换调控电极材料Co3X4的电子结构,形貌特征,电化学性能的变化,为电极材料的设计提供了广阔的思路。

本研究旨在深度理解随着VI主族元素的变换,材料的电化学性能的变化,指导其他高倍率电极材料的作为储钠材料的研究。在此工作中,研究人员首先通过第一性原理泛密度函数来计算通过阴离子置换,Co3X4晶体结构、键能、键长以及能带间隙的变换,以及其对于材料电导性的影响。模拟发现,随着阴离子半径的增加(O < S <Se),材料的电导性逐渐增强,进一步增强储钠能力。由于在材料形成的过程中,发生了柯肯达尔效应,因此导致材料的表面形貌,活性位点,比表面积以及孔洞比例都发生了相应的变化。通过原位XRD,研究人员进一步验证了Co3Se4的转换反应机理。此外,由于逐渐减小的摩尔生成焓(Na2O > Na2S > Na2Se),有助于加强材料的倍率性能。详细的赝电容探究证明了半径较大的阴离子的引入,有利于材料的表面控制电化学行为的加强。

葛鹏同学于2016年进入中南大学攻读博士学位。目前以第一作者身份在Nano Energy, Energy Storage Materials,Advanced Science, ACS Applied Materials & Interfaces等知名期刊发表SCI论文7篇。


图说中南

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