近日，我院黃紹專教授團(tuán)隊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,，限制了它們在鉀離子電池領(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)定性差的問題,。通過構(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,，實現(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,。實驗結(jié)果和理論計算表明，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時為424.5 mAh g-1）、卓越的倍率性能（5 A g-1時為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的高度可逆形態(tài)轉(zhuǎn)變。這項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)儲能材料與器件團(tuán)隊負(fù)責(zé)人,，湖北省百人計劃獲得者,。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,、合成及儲能機(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,。主持及參與國家合作項目、國家自然科學(xué)基金等項目8項,，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)布時間：2024-11-27
