科學研究

材料原子?分子科學研究所在《ACS Nano》等国际知名期刊发表7篇高水平论文

2020-12-03 10:51 文、图/前沿院 苏庆梅 点击:[]

近日,前沿院材料原子分子科學研究所在许并社教授的带领下在能源、环境、光电等领域取得系列重要研究进展,相继在《ACS Nano》(IF=14.588)等国际知名期刊发表7篇高水平论文。该系列成果的取得标志着我校大力引进高层次人才的成效日趋凸显,科研團隊和科研平台的建设逐渐成熟,为我校科學研究和人才培养提供了强有力支撑,也将进一步提升我校在材料科学领域的国际影响力。

苏庆梅和杜高辉教授在抑制多硫化物的穿梭,提高锂硫电池性能方面取得了重要研究进展。相关成果以“Tuningthe Band Structure of MoS2via Co9S8@MoS2Core-Shell Structure to Boost Catalytic Activity for Lithium-Sulfur Batteries”为题发表在国际知名期刊《ACS Nano》上。苏庆梅、杜高辉和许并社教授为共同通讯作者,我校为第一单位和唯一通讯单位。

由于理论能量密度高(2600 Wh kg-1),成本低以及元素硫的自然資源豐富,锂硫電池被認爲是儲能設備的極佳潛在替代品。但是,由于若幹嚴重的技術挑戰,如可溶性多硫化锂的“穿梭效應”,緩慢的轉化反應動力學,硫和放電産物(Li2S2/Li2S)的低電導率,以及在放電過程中高達80%的體積膨脹,使锂硫電池的實際應用受到一定的限制。針對這一問題蘇慶梅和杜高輝教授設計了一種集高導電、高催化活性和良好吸附性能的一體化功能層。通過靜電紡絲和高溫退火處理,嚴格控制制備工藝獲得了Co9S8@MoS2異質結構,實現原子級別MoS2包覆的精確控制。通過異質結構的構築實現了對MoS2能帶結構的調控,該結構被用作抑制多硫化锂穿梭效應的功能層,可以有效吸附多硫化锂並催化Li2S2轉化爲Li2S,抑制多硫化锂的穿梭,提高硫的利用率,進而優化锂硫電池的性能。

Co9S8@MoS2/CNF用作锂硫電池功能層的示意圖

Co9S8@MoS2核殼結構的TEM,HRTEM及STEM-mapping表征結果

Li2S的成核實驗結果及Li2S2在不同功能層結合能和解吸能的DFT計算結果

【論文鏈接】

Tuning the Band Structure of MoS2via Co9S8@MoS2Core-Shell Structure to Boost Catalytic Activity for Lithium-Sulfur Batteries.ACS Nano,https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c07332.

郝曉東副教授通過超臨界水合成出{100}晶面暴露的Cr摻雜CeO2納米晶,結合先進的球差校正電子顯微鏡,深入研究了Cr摻雜元素對CeO2納米晶中的原子結構、離子價態、氧空位形成和分布,及影響儲氧性能的關系和規律。本研究加深了對摻雜CeO2納米材料的缺陷形成和作用機制的理解,爲設計和制備基于活性摻雜、晶面調控、納米尺寸化等功能化因素的新型的CeO2基催化剂提供可靠的理论依据和实验数据。相关成果发表在国际知名期刊Acta Materialia(IF= 7.565)(https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.11.015)上。

STEM-EELS逐層定量地研究了Cr摻雜CeO2納米晶中各原子層的價態分布

马淑芳教授利用变温微区光致发光谱仪(PL)和球差校正电子显微镜(ACTEM)分析了GaN基绿光LED老化后发光性能和有源区微观结构的变化。PL结果表明,老化后GaN基LED的发光强度下降36.8%且峰值波长蓝移1.6nm;STEM观察进一步发现了老化后InGaN量子阱中出现In间隙原子,InGaN量子阱的驰豫度达80%。结合HRXRD结果以及DFT计算,老化后GaN基绿光LED发光性能下降是由于点缺陷密度的增加、量子限制效应减弱以及量子限制斯塔克效应增强导致。本项工作利用ACTEM直接观察到In间隙原子,揭示了点缺陷对GaN基绿光LED发光性能的影响机制。相关成果发表在国际知名期刊Appl. Phys. Lett.(IF= 3.597)(https://doi.org/10.1063/5.0021659)上。

老化前後量子阱區域的STEMHAADF圖

丁書凱副教授和杜高輝教授采用納米液滴作爲納米反應器,原位光聚合二官能團單體獲得納米網狀交聯聚合物作爲納米石墨烯片前驅體。最終在煅燒氧化還原過程中,利用納米網狀交聯聚合物形成二維層流石墨烯納米片基體。該基體用于锂離子電池負極材料,在電流密度100mAg-1,500圈下,獲得了565mAhg-1高比容量。並且展現出了與金屬納米顆粒複合優勢。相關成果發表在期刊Carbon(IF=8.821)(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.01.075)上。

有機分子限域反應制備二維層狀石墨烯納米片基體

蘇慶梅和杜高輝教授針對金屬锂具有高的活性,與電解液會發生副反應,在電化學循環中容易損耗,導致較低的庫倫效率;且在反複沈積/剝離過程中,锂枝晶生長刺穿隔膜引發電池內部短路、熱失控,甚至發生起火爆炸等問題,構築了無機陶瓷和有機聚合物互嵌的雙連續結構複合固態電解質,提高了離子電導率、抑制了锂枝晶的生長、改善了锂金屬電池的性能。利用塗覆法室溫下構築了Li0.35La0.55TiO3納米線填充PVDF複合固態電解質,該複合電解質具有較高的室溫離子電導率、較寬的電化學窗口和高的機械性能,相關成果以“Li0.35La0.55TiO3Nanofibers Enhanced Poly(vinylidene fluoride)-Based Composite Polymer Electrolytes for All-Solid-State Batteries”为题发表在期刊ACS Appl. Mater. & Interface(IF=8.758)(https://doi.org/10.1021/acsami.9b14824)上。

PVDF/LLTO複合固態電解質的制備流程圖

进一步,针对高镍正极的强氧化性和金属锂的强还原性,构筑了三明治结构的超薄复合固态电解质,该研究中将固态电解质的厚度控制到了9.6μm,此三明治结构可以很好地抑制锂枝晶的生长,并提供优良的界面接触,优化电池性能,相关成果以“Ultrathin, flexible, and sandwiched structure composite polymer electrolyte membrane for solid-state lithium batteries”为题发表在期刊J.Membr. Sci. (IF=7.183) (https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118734)上。

孫東峰副教授和余願教授采用一步溶劑熱法原位合成Bi@Bi2O2CO3光催化劑,而且Bi2O2CO3納米片上的Bi納米顆粒具有可調控性,通過Bi納米顆粒的等離子體效應來提高Bi2O2CO3的光催化産氫活性。相關成果發表在Journal of Colloid and Interface Science(IF=7.489)(https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.03.021)上。

Bi@Bi2O2CO3光催化産氫示意圖

(终审:杜杨 核稿:强涛涛 编辑:宇文翔 學生编辑:韩佳蓉)

上一條:蒲永平教授团队获教育部高等学校科學研究优秀成果奖(科学技术)二等奖 下一條:材料原子??分子科學研究所郝晓东博士在材料领域国际顶级期刊发表高水平论文