近日，我院黃紹專(zhuān)教授團(tuán)隊(duì)在金屬硫族化合物新型結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及鉀離子電池性能研究方面取得了新的研究進(jìn)展，研究成果以“Promoting the Potassium Storage of 2D Layered Indium Sulfide Through Zinc Incorporation and MXene Coupling”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Advanced Functional Materials》。我院碩士研究生馬瀏原為論文第一作者，黃紹專(zhuān)教授、胡軍平副教授為論文通訊作者，中南民族大學(xué)為論文第一署名單位。
金屬硫族化合物擁有高理論容量和卓越的電化學(xué)特性，引起了廣泛的研究興趣。然而此類(lèi)材料在電化學(xué)反應(yīng)中面臨體積膨脹劇烈以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩等挑戰(zhàn)。這些難題嚴(yán)重影響了電池的循環(huán)性能和快速充放電性能，限制了它們?cè)阝涬x子電池領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用廣度。
該工作提出了一種新型二維層狀硫化銦（In1.95S3），并采用鋅取代與MXene耦合的方法，旨在克服In1.95S3的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性差的問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)建ZnIn2S4/MXene（ZIS/MXene）異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以MXene片為基底，ZIS納米片垂直生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了鉀離子（K+）的快速穩(wěn)定傳輸和結(jié)構(gòu)的完整性保持。水/甘油分子的插層以及ZIS與MXene之間的異質(zhì)界面耦合顯著增加了層間距，為K+擴(kuò)散提供了更為高效的通道。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，鋅的取代顯著提高了In1.95S3的熱穩(wěn)定性，縮小了帶隙，降低了K+的擴(kuò)散阻力。這些改進(jìn)使得ZIS/MXene負(fù)極展現(xiàn)出高可逆容量（0.1 A g-1時(shí)為424.5 mAh g-1）、卓越的倍率性能（5 A g-1時(shí)為185.2 mAh g-1）以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性（1 A g-1下1000次循環(huán)后容量保持率為84.8%）。原位和非原位表征結(jié)果揭示了ZIS/MXene負(fù)極遵循插層-轉(zhuǎn)換-合金化反應(yīng)機(jī)制，并伴隨著從納米片到納米點(diǎn)的高度可逆形態(tài)轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)研究提出了一種新型的層狀負(fù)極材料，該材料不僅增強(qiáng)了K+的擴(kuò)散能力，還具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為開(kāi)發(fā)高性能鉀離子電池提供了一種有前景的解決方案。
黃紹專(zhuān)教授現(xiàn)為化學(xué)與材料科學(xué)碩士生導(dǎo)師，材料化學(xué)系主任，先進(jìn)儲(chǔ)能材料與器件團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，湖北省百人計(jì)劃獲得者。研究方向是高性能鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等關(guān)鍵電極材料的設(shè)計(jì)、合成及儲(chǔ)能機(jī)制研究。在Chemical Society Reviews，Science Advances，Advanced Materials等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文130余篇，論文總引用次數(shù)9000余次，H因子56。主持及參與國(guó)家合作項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目8項(xiàng)，目前任Journal of Energy and Sustainability，Batteries期刊編委，Chemical Synthesis青年編委。
文章信息：Liuyuan Ma#, Junping Hu*, Chengjiang Deng, Peng Mei, Xiaoyan Han, Haocun Ba, Zihao Li, Daohong Zhang, Shaozhuan Huang*. Promoting the Potassium Storage of 2D Layered Indium Sulfide Through Zinc Incorporation and MXene Coupling, 2024, 2418733, DOI: 10.1002/adfm.202418733.
文章鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202418733
作者：馬瀏原 責(zé)編：王立 審核：張道洪 發(fā)布：艾麗菲拉 發(fā)布時(shí)間：2024-11-27
