近日，我校省部共建耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張海軍教授領(lǐng)導(dǎo)的“先進(jìn)材料研究團(tuán)隊(duì)”在材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展，并在國(guó)際知名期刊發(fā)表一系列研究成果。

鋰硫電池具有理論能量密度高和活性物質(zhì)硫資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ亩坞姵刂弧Ｈ欢?，硫顆粒較低的導(dǎo)電率、充放電過(guò)程中的體積膨脹以及多硫化鋰的穿梭效應(yīng)等問(wèn)題嚴(yán)重降低了活性物質(zhì)的利用率、電池的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能。針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)對(duì)硫載體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在追求高硫載量的同時(shí)，協(xié)同調(diào)控多硫化物的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散。

團(tuán)隊(duì)成員采用靜電紡絲結(jié)合化學(xué)氣相沉積法制備了自支撐多孔道碳纖維/碳納米管負(fù)載CoS納米顆粒復(fù)合材料以及鈷摻雜多通道碳纖維，并將它們用作硫載體宿主材料，所組裝的電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。研究論文分別以“Self-standing lotus root-like host materials for high-performance lithium-sulfur batteries”和“Cobalt Nanoparticles Decorated “Wire in Tube” Framework as a Multifunctional Sulfur Reservoir”在線發(fā)表于Advanced Fiber Materials(2021年影響因子12.9)和ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2021年影響因子9.2，DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c01883)。論文第一作者均為材料與冶金學(xué)院2019級(jí)碩士研究生羅謹(jǐn)，通訊作者為雷文副教授和張海軍教授。

Xene因具有較大的表面積、可調(diào)的層間距以及豐富的表面官能團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是堿金屬離子電池最具有前景的負(fù)極材料之一。然而，與其他二維材料相似，單層或少層的MXene納米片容易因相鄰層間較強(qiáng)的范德華力作用而發(fā)生自堆積，從而大大降低其可利用比表面積，阻礙表面活性位點(diǎn)的有效利用，導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)遲緩，進(jìn)而嚴(yán)重影響MXene材料的電化學(xué)性能。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)靜電自組裝結(jié)合熱處理去除模板的方法構(gòu)建了三維Ti3C2Tx MXene中空管，不僅解決了二維MXene納米片的堆疊團(tuán)聚問(wèn)題，而且還消除了–F和–OH官能團(tuán)對(duì)電化學(xué)性能的不利影響。得益于微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面官能團(tuán)有效調(diào)控的協(xié)同作用，該材料用于鋰離子/鉀離子電池的負(fù)極材料時(shí)，均表現(xiàn)出較高的表面電容貢獻(xiàn)和快速的離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué);在0.1 A g?1的電流密度下，經(jīng)過(guò)300次和200次循環(huán)后，鉀離子電池和鋰離子電池的容量分別高達(dá)199.2和586.0 mAh g?1;此外，該材料的倍率性能和循環(huán)性能優(yōu)于目前已報(bào)道的大部分MXene基負(fù)極材料。論文以“Structure and surface modification of MXene for efficient Li/K-ion storage”為題發(fā)表在Journal of Energy Chemistry上(2021年影響因子13.6，DOI: 10.1016/j.jechem.2022.08.023)，論文第一作者為省部共建耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2019級(jí)博士研究生管可可，通訊作者為雷文副教授和張海軍教授。

能源存儲(chǔ)技術(shù)的革命性變化對(duì)下一代鋰離子電池負(fù)極材料提出了更高的要求。近年來(lái)，一類(lèi)具有復(fù)雜化學(xué)計(jì)量比的新興材料——高熵氧化物(HEO)，逐漸在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域嶄露頭角。鑒于HEO材料的優(yōu)異性能及發(fā)展?jié)摿Γ緢F(tuán)隊(duì)對(duì)其最新成果進(jìn)行了總結(jié)，并梳理了HEO材料研究中存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。相關(guān)內(nèi)容以“High-entropy oxide: A future anode contender for lithium-ion battery”為題發(fā)表在EcoMat上(2021年影響因子12.2，DOI: 10.1002/eom2.12261)，論文第一作者為省部共建耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2020級(jí)博士研究生劉雪楓，通訊作者為雷文副教授和張海軍教授。

ZnFe2O4(ZFO)具有飽和磁化強(qiáng)度高、微波吸收能力強(qiáng)和微波響應(yīng)頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于微波誘導(dǎo)催化過(guò)程，但其在微波催化還原水中Cr(VI)離子時(shí)存在著催化能力有限、反應(yīng)速度慢且只適用于酸性環(huán)境等缺點(diǎn)?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)采用兩步水熱法將具有高比表面積和高化學(xué)穩(wěn)定性的ZnIn2S4(ZIS)與ZFO復(fù)合，制備了具有核/殼結(jié)構(gòu)的ZFO@ZIS復(fù)合催化劑，并用其微波催化還原水中的Cr(VI)離子。團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，揭示了ZFO@ZIS微波催化還原Cr(VI)離子的理論機(jī)制，在pH=6的近中性環(huán)境中于15 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了濃度高達(dá)100 mg/L的Cr(VI)離子溶液的完全還原，其催化效率遠(yuǎn)高于目前已報(bào)道的其它類(lèi)型的催化劑，對(duì)Cr(VI)離子近中性條件下的快速高效處理具有重要意義。研究論文“Preparation of core/shell-structured ZnFe2O4@ZnIn2S4 catalysts and its ultrafast microwave catalytic reduction performance for aqueous Cr(VI)”在線發(fā)表于Chemical Engineering Journal上(2021年影響因子16.744，DOI: 10.1016/j.cej.2022.138182)。論文第一作者為省部共建耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2021級(jí)博士研究生張競(jìng)哲，通訊作者為李發(fā)亮副教授和張海軍教授。

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