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                學術報道

                我校化科←院周小四教授課題組與沈健教授課題組合作在《Angewandte Chemie》發表重要研究成果

                 

                近日,我校化科院周小四教授課題組與沈健教授課題組合作在鈉離子電池領域取得重要研究進↑展。相關成果以“A Yolk?Shell-Structured FePO4Cathode for High-Rate and Long-Cycling Sodium-Ion Batteries”為題發表在Angewandte Chemie《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 17504?17510)。Angewandte Chemie雜誌是Wiley公司的王∞牌雜誌,也是化學學科頂級期刊。

                蛋黃殼結構是一類特殊的分級復雜結構,由納米單元構築而成。與實心結構相比它具有更大的比表面積,與空心◥結構相比它具有更高的體積利用率。因此,蛋黃殼結構比普通的實心、空心或其他納米結構具有更好的性能,被廣泛應用於電化學儲能、電催化、生物⌒醫學等領域。

                鈉離子電池具有價格低廉、原料豐富等優點,被認為是大規模儲能領域√最具競爭力的電化學儲能器件。尋找高性能的正極材料對於鈉離子電池的大規模應用至關重要。無定形的FePO4由於具有高理論★容量和優異的氧化還原可逆性而受到廣泛關註。然而,充放電過程ξ中顯著體積變化(>22%)和導電性差使其具有較差的循環和倍率性能。合理的納米結構〓設計和碳包覆是解決上述問題的兩個有效策略。例如,形成ζ 復雜納米結構已被證明是提升鈉離子電池性能的成功策略。盡管已取得顯著進展,但在合成具有復雜納米結構且具有優異儲鈉性能的無定形FePO4方面卻鮮有報告。

                近日,南京師範大♂學的周小四教授課題組與沈健教授課題組合作,通過多步模板法成功制備了蛋黃殼結構的FePO4(FePO4YSNSs),並用於鈉「離子電池正極。FePO4YSNSs由介孔結構的納米蛋黃和堅固多孔的納米蛋殼※構成。另外,改變初始碳球模板的酸化程度,空心FePO4納米球(FePO4HNSs)和實心FePO4納米球(FePO4SNSs)也被相繼合成。值得註意的是,這一多步模板法還可用於制備蛋黃殼、空心和實心結構ζ的Fe2O3

                FePO4YSNSs在鈉離子電池正極中具有獨特的優勢:首先,蛋黃殼結構和納米顆粒構築單元都可以有效地減輕在嵌/脫鈉過程中的內部應力;大比表面積和小孔徑可以減小鈉離子/電子的擴散距離,從而提高儲鈉動力學。其次,介孔的納米蛋黃可以改善FePO4YSNSs正極的電解質滲透,從而加速電荷轉移和鈉離子擴散;堅固的納米殼可以增強FePO4YSNS的結構完整性,從而提高了循環穩定性。另外,高密度的FePO4納米殼的帶隙比低密度的FePO4納米蛋黃的帶隙小,導致在納米殼和納米蛋黃之間形成一個▆內置電場,這將提高電荷轉移動力學並導致高倍率性能。將上述獲得的FePO4YSNSs用於鈉離子電池正極,電化學測試表ㄨ明:與FePO4HNSs和FePO4SNSs相比,FePO4YSNSs的儲≡鈉性能最優(在100 mA g?1的電流密度下,可逆容量為106.3 mAh g?1;循環1000圈後,容量保持率為91.3%)。更重要的是,這種簡單易行的多步模板法與獨特的蛋黃殼結構,不僅使FePO4具有優異的儲鈉性能,還將為催化等其它領域提供新思路。

                我校化科院在讀博士研究生張壯壯是該論文的第一作者,南京師∏範大學為第一署名單位,周小四教授和沈健教授為共同通訊作者。

                • 更新時間

                  2020年10月19日 15:39

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                  化科院

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