近日,，我院張道洪教授/李婷教授團隊在轉換型儲鎂正極材料研究方面取得了重要研究進展，研究成果以“Favorable Orthorhombic Phase Cobalt Diselenide Cathode for Rechargeable Mg Batteries: Elucidating the Significant Impact of Crystal Structure on Conversion-Type Mg-Storage Reactions”為題發(fā)表于國際著名期刊《Advanced Functional Materials》,。我院2022級碩士研究生張厚安為論文第一作者,，張道洪教授,、李婷教授與武漢大學徐飛副教授為論文通訊作者，中南民族大學為論文第一署名單位,。
可充鎂電池（RMBs）具有資源豐富,、安全性高等優(yōu)勢，在規(guī)模儲能領域展現(xiàn)出潛在的應用前景,。然而,，Mg2+較高的電荷密度和強極化作用導致其在大多數(shù)無機晶格中可逆脫嵌困難，嚴重制約了正極材料性能的提升,。轉換型儲鎂正極突破傳統(tǒng)嵌入機制對晶體結構的嚴格限制,，借助可逆的結構轉變實現(xiàn)較高的儲鎂容量，因此被視為一類極具潛力的RMBs正極材料,。然而,，目前針對這類材料的研究多集中于納米結構設計，而對其晶體結構的關注相對較少,。這主要是因為轉換型電極在反應過程中會不斷發(fā)生結構變化,，其初始晶體結構對反應活性的影響往往被忽視。值得注意的是,，這種影響對于單價離子（如Li+、Na+）存儲反應可能并不顯著,，但對于多價離子存儲活性的影響則尤為值得關注,。
本研究通過設計合成兩種具有不同晶體結構的CoSe2材料，系統(tǒng)揭示了晶體結構對轉換儲鎂反應的影響,。實驗以ZIF-67為前驅體硒化衍生制備了正交晶相o-CoSe2和立方晶相c-CoSe2,。結構表征發(fā)現(xiàn)，這兩種材料具有極為相似的微觀形貌與化學組成,，但o-CoSe2表現(xiàn)出更低的比表面積,。儲鎂性能測試表明，o-CoSe2在儲鎂容量,、倍率性能,、電荷轉移電阻以及固態(tài)Mg2+擴散系數(shù)等方面均顯著優(yōu)于c-CoSe2，展現(xiàn)出更高的儲鎂活性,。機理表征結合理論計算進一步揭示,，o-CoSe2與c-CoSe2在儲鎂可逆性及反應機制上存在顯著差異。具體而言,，正交相CoSe2在（010）晶面表現(xiàn)出更高的反應活性,，在放電過程中通過CoSe2→Co9Se8→Co0/MgSe的多步轉化過程實現(xiàn)可逆儲鎂反應，同時伴隨Se?Se鍵斷裂及Co3+/Co2+→Co0的協(xié)同氧化還原過程,。相比之下,，由于立方相緊密的空間原子排列的限制,，c-CoSe2無法形成中間相，僅發(fā)生部分Co3+/Co2+轉換,，且Se?Se鍵的活性較低,。該研究系統(tǒng)闡明了晶體結構對轉換型儲鎂反應活性的關鍵影響，為設計多價離子轉換儲存電極提供了重要啟示,，即在關注納米結構設計的同時,，還需充分考慮晶體結構的作用。
張道洪教授領銜的超支化聚合物團隊入選了湖北省自然科學創(chuàng)新群體,、湖北省科技創(chuàng)新團隊和國家民委創(chuàng)新團隊,。依托催化轉化與能源材料化學教育部重點實驗室和超支化聚合物合成與應用技術湖北省工程研究中心，主要圍繞超支化聚合物“基礎理論-關鍵技術-工程化與應用示范”創(chuàng)新鏈,，聚焦新能源風電與汽車用關鍵材料以及能源存儲與轉化材料開展基礎與應用研究,。團隊目前主持國家自然科學基金重點項目/面上/青年項目18項、省重大重點和企業(yè)委托項目30余項,，獲授權國際,、國家發(fā)明專利80余件。獲中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科學技術發(fā)明獎一等獎2項,、湖北省科學技術發(fā)明獎一等獎2項,。
李婷教授長期從事電化學能源材料與新型二次電池技術研究，包括鋰離子電池,、鈉離子電池與可充鎂電池等領域,。近年來主持國家自然科學基金項目2項和湖北省自然科學基金面上項目2項以及中央高校業(yè)務經(jīng)費專項4項等。以第一作者或通訊作者在ACS Nano,、Adv. Funct. Mater.,、Energy Storage Mater.、Small,、Nano Research等期刊發(fā)表研究論文60余篇,。
文章信息：Hou-an Zhang, Panfei Xiao, Changchun Hu, Donggang Tao, Daohong Zhang*, Yuliang Cao, Ting Li*, Fei Xu*, Favorable orthorhombic phase cobalt diselenide cathode for rechargeable Mg batteries: elucidating the significant impact of crystal structure on conversion-type Mg-storage reactions, Advanced Functional Materials, 2025, 2426006, DOI: 10.1002/adfm.202426006.
文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202426006
作者：李婷 責編：王立 審核：祁帆 發(fā)布：張朝沖 發(fā)布時間：2025-03-18
