近日,國(guó)際能源頂級(jí)刊物《Advanced Energy Materials》(影響因子:29.368)在線(xiàn)刊登了我校趙世強(qiáng)副教授第一作者的研究論文“Advancing Performance and Unfolding Mechanism of Lithium and Sodium Storage in SnO2 via Precision Synthesis of Monodisperse PEG-Ligated Nanoparticles”(聚乙二醇接枝單分散二氧化錫納米顆粒的精準(zhǔn)合成及儲(chǔ)鋰/鈉性能提升和儲(chǔ)能機(jī)理探究),溫州大學(xué)王舜副校長(zhǎng)與佐治亞理工學(xué)院(美國(guó))林志群教授為通訊作者,該研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21905208)的資助。
《Advanced Energy Materials》(《先進(jìn)能源材料》)是由Wiley Online Library出版發(fā)行的國(guó)際頂級(jí)期刊,是全球能源研究領(lǐng)域最具權(quán)威和影響力的學(xué)術(shù)期刊之一。
探索電極材料電化學(xué)反應(yīng)的活性提升策略及儲(chǔ)能過(guò)程機(jī)理一直是電池研究領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。二氧化錫(SnO2)是一種高容量鋰/鈉離子電池負(fù)極材料,理論儲(chǔ)鋰容量高達(dá)1494 mAh/g,是商用石墨負(fù)極的約4倍,且具有成本低、易制備、環(huán)境友好、工作電壓適中等突出優(yōu)點(diǎn)。然而,常規(guī)結(jié)構(gòu)SnO2具有差的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,且在電池充放電反應(yīng)過(guò)程中Sn相會(huì)逐漸粗化為大尺寸顆粒,引起電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性的退化,導(dǎo)致電池容量快速衰減。此外,SnO2的儲(chǔ)鈉機(jī)理至今尚不非常明確。
在本文工作中,研究團(tuán)隊(duì)基于前期發(fā)表的論文Advanced Energy Materials,2020,10,2070027(趙世強(qiáng)副教授為第一作者)中提出的抑制Sn粗化的“物理屏障、孔隙邊界、異質(zhì)界面”三種策略,創(chuàng)造性地以聚丙烯酸-嵌段-聚乙二醇(star-like PAA-b-PEG)星型嵌段共聚物為限域納米反應(yīng)器,實(shí)現(xiàn)了4納米均一粒徑SnO2顆粒的精準(zhǔn)合成。利用顆粒表面接枝的PEG與氧化石墨烯(GO)上羥基、環(huán)氧基、羧基等功能基團(tuán)間的氫鍵作用,將SnO2@PEG納米顆粒均勻錨嵌在GO表面,經(jīng)逐層堆疊后獲得SnO2@PEG-GO層狀復(fù)合材料。研究證實(shí),納米尺度SnO2具有超高儲(chǔ)鋰儲(chǔ)鈉電化學(xué)反應(yīng)活性,PEG和GO分別作為離子和電子導(dǎo)體顯著提升導(dǎo)電性,且PEG和GO分別作為納米和微米層級(jí)的物理屏障高效抑制Sn粗化,使SnO2@PEG-GO展現(xiàn)出超高容量和杰出循環(huán)性能。值得關(guān)注的是,該工作利用高分辨電子顯微鏡、X射線(xiàn)光電子能譜、Raman散射光譜等系列表征手段,詳細(xì)闡述了SnO2的三步可逆儲(chǔ)鋰反應(yīng)過(guò)程,并首次證實(shí)了SnO2的儲(chǔ)鈉過(guò)程主要依賴(lài)于SnO和Sn之間的可逆電化學(xué)反應(yīng)。該研究成果將對(duì)新型高容量電極材料的設(shè)計(jì)合成和儲(chǔ)能機(jī)理研究具有一定借鑒意義。
趙世強(qiáng)副教授長(zhǎng)期致力于堿金屬離子電池高性能電極材料的設(shè)計(jì)合成、性能提升和儲(chǔ)能機(jī)理研究,主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng),至今已發(fā)表33篇SCI論文,含影響因子20以上論文8篇,影響因子10以上論文15篇,SEI一區(qū)論文24篇,3篇ESI高被引,4篇期刊封面,累計(jì)被引用2050余次(H因子20),其中第一作者代表性研究成果發(fā)表在Advanced Energy Materials(IF=29.368,3篇)和ACS Energy Letters(IF=23.101)等期刊上,參與SCI論文審稿280余篇,擔(dān)任《Nano Research Energy》期刊青年編委會(huì)成員、《Materials》期刊能源主題編輯和電池專(zhuān)刊客座主編、第六屆“國(guó)際材料工程與先進(jìn)制造技術(shù)會(huì)議2022 MEAMT”能源存儲(chǔ)材料方向程序委員會(huì)主席等學(xué)術(shù)職務(wù),目前擔(dān)任化學(xué)系副主任、能源化學(xué)專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人、招生與就業(yè)處跟崗“三強(qiáng)”干部。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202201015
課題組主頁(yè):http://chem.wzu.edu.cn/info/1022/23255.htm
科研團(tuán)隊(duì)主頁(yè):http://carbonenergygroup.wzu.edu.cn/index.htm
參考資料:http://chem.wzu.edu.cn/info/1058/27512.htm
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