2022年3月，省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料科學(xué)與工程學(xué)院孔令斌教授在鋰離子電容器領(lǐng)域取得新的研究進(jìn)展。相關(guān)論文以題為“Engineering Novel Ni2-XCoXP Structures for High Performance Lithium-ion Storage”發(fā)表在材料領(lǐng)域國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Energy Storage Materials》(IF:17.789，中科院一區(qū))上，孔令斌教授為論文的唯一通訊作者，碩士生李峰峰為第一完成作者。
近年來，隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和人們需求的增加，對(duì)電化學(xué)能源存儲(chǔ)器件提出了新的要求，改善其電化學(xué)性能變得尤為關(guān)鍵。雜原子摻雜是一種有效的手段，但是如何實(shí)現(xiàn)可控?fù)诫s，使得母體相結(jié)構(gòu)不發(fā)生相變，從而更好的探究材料特性與電子導(dǎo)電性、電化學(xué)活性、電極過程動(dòng)力學(xué)等之間的聯(lián)系，仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。本工作展示了一種Co原子可控?fù)诫sNi2P的電極材料設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)了褶皺微球向由納米片自組裝形成納米花微球的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)的自誘導(dǎo)和可控調(diào)整，并制備出一系列基于母體相摻雜的電極材料Ni2-XCoXP (X=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 1.2)，在基體相晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生相變的同時(shí)系統(tǒng)性探究了不同摻雜量對(duì)電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，雜原子摻雜引起母體相電子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及缺陷工程的構(gòu)筑為電子傳輸提供短的擴(kuò)散路徑，從本征結(jié)構(gòu)出發(fā)提升電極材料電子導(dǎo)電性；同時(shí)Co的體相摻雜會(huì)降低金屬原子M（Ni、Co）與P原子之間的結(jié)合能，從而提高本征電化學(xué)反應(yīng)活性，使其擁有高的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性。從微觀結(jié)構(gòu)上看，微觀和/或納米結(jié)構(gòu)形態(tài)的可控調(diào)控促進(jìn)了循環(huán)的穩(wěn)定性和可逆性。優(yōu)化后的Ni1.2Co0.8P電極具有超高的可逆比容量，優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。采用非原位SEM、TEM、XRD等手段對(duì)其儲(chǔ)能機(jī)理進(jìn)行探討，可以發(fā)現(xiàn)良好的納米花結(jié)構(gòu)為鋰存儲(chǔ)過程中插層反應(yīng)與轉(zhuǎn)換反應(yīng)的協(xié)同進(jìn)行提供穩(wěn)定的存儲(chǔ)位點(diǎn)和反應(yīng)場所，并且反復(fù)相變過程中使得一部分第二相原子析出，從而實(shí)現(xiàn)電極材料非活性位點(diǎn)的激活，導(dǎo)致可逆比容量的持續(xù)上升。
該項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(No.51971104、51762031)、甘肅省教育廳“雙一流”科研重點(diǎn)項(xiàng)目（GSSYLXM-03）等經(jīng)費(fèi)的支持。（撰稿：孔令斌，終審：李元東）
通訊作者介紹：
孔令斌 理學(xué)博士、教授、博士生導(dǎo)師、甘肅省“杰青”、 甘肅省“飛天學(xué)者”特聘教授、有色金屬先進(jìn)加工與再利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（蘭州理工大學(xué)）能源材料團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)帶頭人。目前公開發(fā)表SCI收錄論文260余篇，以第一作者/通訊作者在ACS Energy Letters、Energy Storage Materials、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces、Chemical Communications、The Journal of Physical Chemistry C等期刊發(fā)表140余篇，SCI他引8100余次，H-index(H指數(shù)）47，3篇論文入選ESI高被引論文。獲得甘肅省自然科學(xué)三等獎(jiǎng)（排名第一）、甘肅省高校科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第一）等科技獎(jiǎng)勵(lì)。主持包括面上項(xiàng)目，青年基金等國家自然科學(xué)基金5項(xiàng)、教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體項(xiàng)目1項(xiàng)、甘肅省高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金1項(xiàng)、甘肅省自然科學(xué)基金1項(xiàng)。
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