近期，化学与材料科学学院黄绍专教授团队在过渡金属硫/硒化物可控调节钠离子电池性能方面取得了新的研究进展。11月10日，研究成果以Unveiling the double-edged behavior of controlled selenium substitution in cobalt sulfide for balanced Na-storage capacity and rate capability为题，发表于国际著名期刊Advanced Functional Materials（Ad, Funct. Mater. 2023, 2310256 htps://do.org/10.1002/adfm.202310256）。化学与材料科学学院硕士研究生何婷婷、赵伟铭为论文共同第一作者，黄绍专教授为论文唯一通讯作者，金沙威尼斯为论文第一署名单位。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310256。
过渡金属化合物因其较高的理论比容量和良好的电化学活性而被广泛研究。然而在电化学反应过程中，过渡金属化合物遭遇巨大的体积变化和迟缓的反应动力学等问题，极大地阻碍了其在高功率/高能量二次电池中的应用。为此，黄绍专教授团队先后通过电极材料结构精细化设计（Advanced Materials,2018, 30, 1706637；Energy Storage Materials, 2020, 32, 151-158.）、阳离子掺杂本征结构调控（Advanced Energy Materials,2021, 11, 2003689；Science Advances, 2022, 8(51), eadd6596）及催化载体材料设计（Advanced Energy Materials,2021, 11, 2003689;Small, 2022, 18, 2106716）等取得了系列研究成果。但是，如何通过阴离子可控取代策略调控电极本征结构，从而优化电极材料的性能依然面临着巨大挑战，黄教授团队近年来专注于此，开展研究。
CoS2-xSex@SG的结构与倍率性能。化材学院供图
该项研究提出了一种新型的“高度可控硒（Se）取代”和“硫、硒共掺杂石墨烯（SG）固定”的CoS2-xSex纳米晶设计方案，有效调节了电化学反应动力学和材料结构稳定性。其中，石墨烯上的CoS2-xSex纳米晶“点对面”结构以及CoS2-xSex与SG之间牢固的C-S-Co & C-Se-Co键不仅大大提高了材料的结构稳定性，还促进了钠存储和电子转移。此外，通过电化学性能、动力学分析和理论计算揭示了硒取代在钠储存中的双刃剑作用——硒取代含量的增加会增强Na+扩散动力学，但会降低钠储存能力。研究表明，当Se取代含量为x=0.4时，电极表现出最佳的电化学性能（高初始库仑效率、超高倍率性能和超稳定循环性能）。这项研究提供了一种可控的阴离子取代策略来平衡Na+储存活性位点和动力学，在高功率/能量钠离子电池中具有潜在的应用价值。
黄绍专教授长期从事高性能锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等关键电极材料的设计、合成及储能机制研究。目前在Chem. Soc. Rev., Sci. Adv., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, Nano Energy等重要期刊发表SCI学术论文120余篇。文章引用7000余次，H指数50。
2024-07-22