簡介：近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院曹敏花教授團隊在鈉離子電池硫?qū)倩衔镓摌O（2022全國電池正/負極材料產(chǎn)學(xué)研合作高峰論壇?）研究領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)研究成果以“Strain-regulated Gibbs free energy enables reversible redox chemistry of chalcogenides for sodium ion batteries”為題，在《Nature Communications》期刊上在線發(fā)表（DOI: 10.1038/s41467-022-33329-2）。該工作第一作者為2021級博士研究生姜敏霞，通訊作者為曹敏花教授、毛寶光博士后。
近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院曹敏花教授團隊在鈉離子電池硫?qū)倩衔镓摌O（2022全國電池正/負極材料產(chǎn)學(xué)研合作高峰論壇）研究領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)研究成果以“Strain-regulated Gibbs free energy enables reversible redox chemistry of chalcogenides for sodium ion batteries”為題，在《Nature Communications》期刊上在線發(fā)表（DOI: 10.1038/s41467-022-33329-2）。該工作第一作者為2021級博士研究生姜敏霞，通訊作者為曹敏花教授、毛寶光博士后。
揭示過渡金屬硫?qū)倩衔铮∕X2, M = Mo, V, W, Re; X = S, Se）的儲鈉機理是合理設(shè)計電極材料，提高其電池性能的重要基礎(chǔ)。通常，MX2在初始放電過程會生成產(chǎn)物M和A2X (A = Li, Na)。然而，在隨后的充電過程中，不可逆的轉(zhuǎn)化反應(yīng)會改變充電產(chǎn)物，轉(zhuǎn)變?yōu)锳2X/X的反應(yīng)，使得鈉的存儲本質(zhì)變成鈉-硒電池，從而遭受多硫/硒化物的穿梭效應(yīng)，導(dǎo)致容量迅速衰減。因此，調(diào)控M/A2X 的存儲機理，使其遵循可逆反應(yīng)機制，對于實現(xiàn)高的電化學(xué)存儲性能非常重要。然而，由于無法直接調(diào)節(jié)放電產(chǎn)物M和A2X的活性，因此對MX2的存儲機理調(diào)控仍然極具挑戰(zhàn)。
論文以MoSe2負極為研究對象，通過應(yīng)力工程策略為解決這一難題提供了一個新思路。理論計算表明，應(yīng)力可以調(diào)控材料的反應(yīng)活性，并進一步改變氧化還原反應(yīng)的吉布斯自由能?；诖?，作者利用2-甲基咪唑的配位效應(yīng)，合成了拉伸應(yīng)力的MoSe2（TS-MoSe2）。實驗結(jié)果表明，TS-MoSe2可以將應(yīng)力傳遞給其放電產(chǎn)物Mo，導(dǎo)致Mo團簇發(fā)生晶格畸變，d帶中心上移，更接近費米能級，進一步增強對Na2Se的吸附能力，從而使Mo/Na2Se與MoSe2之間氧化還原化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能降低，促進其氧化還原反應(yīng)發(fā)生。原位拉曼、非原位X射線光電子能譜和X射線同步輻射光譜表明，不同于無應(yīng)力的MoSe2，TS-MoSe2經(jīng)歷一個可逆的鈉存儲機理，并最終表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉性能。該工作為其他電極材料（2022全國電池正/負極材料產(chǎn)學(xué)研合作高峰論壇）的電化學(xué)儲能機理研究提供了一定的借鑒意義。
圖1.（a-c）TS-MoSe2的表征；（d-g）TS-MoSe2、MoSe2與相應(yīng)的放電產(chǎn)物TS-MoSe2-D0.01、MoSe2-D0.01的表征；（h-j）TS-MoSe2的鈉存儲機理表征；（k-m）TS-MoSe2與MoSe2電極的電化學(xué)性能。
附作者簡介
曹敏花，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，教育部新世紀優(yōu)秀人才，洪堡學(xué)者。主要從事能源存儲與轉(zhuǎn)化材料的功能導(dǎo)向性設(shè)計及電化學(xué)機理研究。已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Energy Letters, ACS Nano, Nano Energy, Chem. Mater., J. Mater. Chem. A等期刊上發(fā)表SCI論文100余篇。
毛寶光，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士后。主要從事功能納米材料的合成及其在催化和新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，以第一作者/通訊作者在 Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.(3篇), ACS Energy Letters, Nano Res., Nanoscale等期刊上發(fā)表論文十余篇，申請中國發(fā)明專利2項。作為項目負責人主持國家自然科學(xué)基金青年基金項目和中國博士后科學(xué)基金面上項目一等資助各一項。
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