工大要闻 > 正文

电物学院科研成果通过调控层状纳米材料层间结构可大幅提升电极材料电化学性能
发布日期:2017-10-10  字号:   【打印

电子科学与应用物理学院一项科研成果,通过调节层状结构过渡金属二硫属化物的分子间层间距离,实现了电极材料电化学储能与催化性能的大幅提升,为发展高性能电催化与储能器件开辟了新路径。其相关研究成果相继发表在《纳米能源》和《微小》等国际重要期刊上,近日在《先进能源材料》和《材料化学杂志A》上发表的邀请综述论文,被评为亮点研究报道和热点论文。

层状过渡金属二硫属化物纳米片具有层数可控、单层厚度超薄、二维层间通道丰富、层间表面积较大等特点,具有优异的电化学性能,在二次电池、超级电容器、电催化和光电化学器件等方面具有良好的发展前景。然而,由于传统层状材料层间距离较窄,离子在材料层间传输的阻力较大,从而限制了其电化学性能。

电子科学与应用物理学院许俊教授课题组,与香港城市大学科研人员合作,将二硫化钼的层间距从0.615纳米宽化到0.99纳米,从而促进钠离子的快速传输和可逆嵌脱,并利用导电碳分子的插层作用提高了材料的电子电导率。该课题组合成了二硫化钼:石墨烯单层异质结超结构纳米片,并组装为多级结构纳米管作为高性能储钠电极材料,实现了电极材料倍率性能和储钠稳定性的大幅提升。实验结果表明,层间距宽化后的纳米材料,在10 安培/克和20 安培/克的大电流密度放电容量分别达到了295 毫安时/克和187毫安时/克;在1安培/克的电流密度下充放电循环200圈后,该材料的放电容量保持在415毫安时/克,未见衰减。

课题组进一步发展硫/硒化技术制备了一系列成分和层间距可调控的三元硫硒化钼和二硒化钼纳米片组装结构材料,通过优化材料的层间距和硫硒原子比,在钠离子电池及电催化析氢等方面呈现出优异的性能。

“层状结构材料的层内以较强的共价键或者离子键结合而成,而层与层之间是通过较弱的范德华力相互作用堆叠在一起。通过外力拓宽层间距离后,可大幅降低锂、钠、镁等离子在层间的传输阻力,从而提升这些纳米材料在离子嵌入型储能器件中的电化学性能。”许俊教授介绍说。这一成果有望应用在锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池和超级电容器中,从而大幅提高储能器件性能。

许欣1.jpg

许欣2.jpg

许欣3.jpg

(周慧/文  许俊/图)  
编辑:周慧
0